JP7079783B2 - Organic photoelectronic device - Google Patents
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Description
本発明は、有機光電子素子に関する。 The present invention relates to an organic photoelectronic device.
従来、自発光型の素子として、有機光電子素子(有機エレクトロルミネッセンス素子。以下、有機EL素子。)が知られている。有機EL素子は、一対の電極間に、発光層、電子輸送層、正孔輸送層等の複数種の層が積層された構成を基本構造としている。 Conventionally, as a self-luminous element, an organic photoelectron element (organic electroluminescence element, hereinafter referred to as an organic EL element) is known. The organic EL element has a basic structure in which a plurality of types of layers such as a light emitting layer, an electron transport layer, and a hole transport layer are laminated between a pair of electrodes.
有機EL素子は、電源から供給された電子と正孔とが内部の発光層で再結合することにより光子を生じ発光する。有機EL素子の分野においては、長年にわたる研究開発により、「注入した電子の数」に対する「素子内部で生じた光子」の割合である「内部量子効率」は100%近くまで達している。 In the organic EL element, electrons supplied from a power source and holes are recombined in an internal light emitting layer to generate photons and emit light. In the field of organic EL devices, the "internal quantum efficiency", which is the ratio of "photons generated inside the device" to the "number of injected electrons", has reached nearly 100% through many years of research and development.
一方、近年の有機EL素子においても、「注入した電子の数」に対する「素子外部に取り出された光子」の割合である「外部量子効率」は20~30%程度にとどまっており、改善が求められている。 On the other hand, even in recent organic EL devices, the "external quantum efficiency", which is the ratio of "photons taken out to the outside of the device" to the "number of injected electrons", is only about 20 to 30%, and improvement is required. Has been done.
外部量子効率が低い原因の一つとして、有機EL素子を構成する各層の屈折率差に起因した内部反射が考えられる。上述したように、有機EL素子は発光層の他に複数種の層を有する。これらの層は互いに屈折率が異なる。そのため、発光層で生じた光は、屈折率の異なる各層間の界面において反射し、素子外部に射出される前に素子内部で減衰または吸収されることが考えられる。 One of the causes of the low external quantum efficiency is considered to be internal reflection caused by the difference in refractive index of each layer constituting the organic EL element. As described above, the organic EL element has a plurality of types of layers in addition to the light emitting layer. These layers have different refractive indexes from each other. Therefore, it is conceivable that the light generated in the light emitting layer is reflected at the interface between the layers having different refractive indexes, and is attenuated or absorbed inside the device before being emitted to the outside of the device.
これに対し、電荷輸送層にナノサイズの多孔質シリカ粒子を含有させ、電荷輸送層の屈折率を低下させた有機EL素子が知られている(特許文献1参照。)。特許文献1に記載の有機EL素子では、電荷輸送層と電荷輸送層に接する層との界面で起きる反射が抑制され、外部量子効率が向上することが期待される。
On the other hand, there is known an organic EL element in which nano-sized porous silica particles are contained in a charge transport layer to reduce the refractive index of the charge transport layer (see Patent Document 1). In the organic EL device described in
しかしながら、低消費電力や素子の長寿命化を求める市場要求に対して、有機EL素子の外部量子効率は高いほど好ましい。この点において、特許文献1に記載の有機EL素子の外部量子効率は改善の余地がある。
However, the higher the external quantum efficiency of the organic EL device is, the more preferable it is for the market demand for low power consumption and long life of the device. In this respect, there is room for improvement in the external quantum efficiency of the organic EL device described in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外部量子効率が向上し、消費電力が少なく長寿命化された有機光電子素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an organic optoelectronic device having improved external quantum efficiency, low power consumption, and long life.
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、基板と、前記基板に設けられた陽極と、前記陽極に対向する陰極と、前記陽極および前記陰極の間に配置された発光層と、前記発光層と前記陽極との間において前記発光層に接して設けられた正孔輸送層と、を備え、前記正孔輸送層は、有機半導体材料と含フッ素重合体とを含み、前記発光層と接する前記正孔輸送層の面には、前記含フッ素重合体が存在する有機光電子素子を提供する。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a substrate, an anode provided on the substrate, a cathode facing the anode, and a light emitting layer arranged between the anode and the cathode. The hole transport layer is provided between the light emitting layer and the anode in contact with the light emitting layer, and the hole transport layer contains an organic semiconductor material and a fluorine-containing polymer, and the light emitting layer. An organic photoelectron element in which the fluoropolymer is present is provided on the surface of the hole transport layer in contact with the anode.
本発明の一態様においては、前記正孔輸送層は、内部の屈折率が前記発光層から前記陽極に向けて連続的に漸増している構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the hole transport layer may have a structure in which the internal refractive index is continuously and gradually increased from the light emitting layer toward the anode.
本発明の一態様においては、前記正孔輸送層と前記陽極との間に配置され、半導体材料と含フッ素重合体とを含む正孔注入層を更に有する構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the hole transport layer may be arranged between the anode and the anode, and may further have a hole injection layer containing a semiconductor material and a fluorine-containing polymer.
本発明の一態様においては、前記陰極と前記発光層との間に配置された機能層を更に有し、前記機能層は、電子輸送層および電子注入層の少なくとも一方を有し、半導体材料と含フッ素重合体とを含む構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the functional layer is further provided between the cathode and the light emitting layer, and the functional layer has at least one of an electron transport layer and an electron injection layer, and is a semiconductor material. It may be configured to include a fluorine-containing polymer.
本発明によれば、外部量子効率が向上し、消費電力が少なく長寿命化された有機光電子素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an organic optoelectronic device having improved external quantum efficiency, low power consumption, and a long life.
「外部量子効率」とは、下式で示される値である。
ηEQE=γ×ηS×q×ηout
ηEQE:外部量子効率(%)、γ:電荷バランス、ηS:発光励起子形成確率(%)、q:発光量子収率(%)、ηout:光取出し効率(%)。The "external quantum efficiency" is a value expressed by the following equation.
η EQE = γ × η S × q × η out
η EQE : external quantum efficiency (%), γ: charge balance, η S : emission exciter formation probability (%), q: emission quantum yield (%), η out : light extraction efficiency (%).
「重量平均分子量」は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、測定される値である。まず、分子量既知のPMMA標準試料を、GPCを用いて測定し、ピークトップの溶出時間と分子量から、較正曲線を作成する。ついで、含フッ素重合体を測定し、較正曲線から分子量を求め、重量平均分子量を求める。移動相溶媒には1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロ-3-メトキシ-2-(トリフルオロメチル)ペンタンとヘキサフルオロイソプロピルアルコールを体積比率85:15で混合した溶媒を用いる。
「正孔輸送層等の含フッ素重合体を含む層の吸収係数(単位:cm-1)」は、石英基板上の該層について、紫外可視分光光度計(島津製作所社製:UV-2450)を用いて測定される値である。
「固有粘度[η](単位:dl/g)」は、測定温度30℃でアサヒクリン(登録商標)AC2000(旭硝子社製)を溶媒として、ウベローデ型粘度計(柴田科学社製:粘度計ウベローデ)により測定される値である。
「飽和蒸気圧(単位:Pa)」および「蒸発速度(単位:g/m2sec)は、真空示差熱天秤(アドバンス理工社製:VPE-9000)により測定される値である。試料50mgを内径7mmのセルに仕込み、1×10-3Paの真空度にて、毎分2℃で昇温し、300℃における蒸発速度g/m2・秒を測定する。飽和蒸気圧Paの算出には蒸発速度と前記GPC測定でもとめた重量平均分子量を用いる。
「含フッ素重合体の屈折率」は、JIS K 7142に準拠して測定される値である。
「正孔輸送層等の含フッ素重合体を含む層の屈折率」は、下記方法で測定される値である。
多入射角分光エリプソメトリー(ジェー・エー・ウーラム社製:M-2000U)を用いて、シリコン基板上の該層に対して、光の入射角を45~75度の範囲で5度ずつ変えて測定を行う。それぞれの角度において、波長450~800nmの範囲で約1.6nmおきにエリプソメトリーパラメータであるΨとΔを測定する。上記の測定データを用い、有機半導体の誘電関数をCauchyモデルによりフィッティング解析を行い、各波長の光に対する前記の層の屈折率を得る。"Weight average molecular weight" is a value measured by gel permeation chromatography (GPC). First, a PMMA standard sample having a known molecular weight is measured using GPC, and a calibration curve is created from the elution time and molecular weight of the peak top. Then, the fluorine-containing polymer is measured, the molecular weight is obtained from the calibration curve, and the weight average molecular weight is obtained. As the mobile phase solvent, 1,1,1,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-methoxy-2- (trifluoromethyl) pentane and hexafluoroisopropyl alcohol are used in a volume ratio of 85: The solvent mixed in 15 is used.
The "absorption coefficient of a layer containing a fluorine-containing polymer such as a hole transport layer (unit: cm -1 )" is an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation: UV-2450) for the layer on a quartz substrate. It is a value measured using.
"Inherent viscosity [η] (unit: dl / g)" is a Ubbelohde viscometer (Shibata Kagaku Co., Ltd .: viscometer Ubbelohde) using Asahiclin (registered trademark) AC2000 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a solvent at a measurement temperature of 30 ° C. ) Is the value measured by.
"Saturated vapor pressure (unit: Pa)" and "evaporation rate (unit: g / m 2 sec)" are values measured by a vacuum differential heat balance (manufactured by Advance Riko Co., Ltd .: VPE-9000). It is charged in a cell with an inner diameter of 7 mm, heated at 2 ° C. per minute at a vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa, and the evaporation rate at 300 ° C. is measured at g / m 2 · sec. Uses the evaporation rate and the weight average molecular weight determined by the GPC measurement.
The "refractive index of the fluorine-containing polymer" is a value measured in accordance with JIS K 7142.
The "refractive index of the layer containing the fluorine-containing polymer such as the hole transport layer" is a value measured by the following method.
Using multi-incident angle spectroscopic ellipsometry (M-2000U), the incident angle of light is changed by 5 degrees in the range of 45 to 75 degrees with respect to the layer on the silicon substrate. Make a measurement. At each angle, the ellipsometry parameters Ψ and Δ are measured at intervals of approximately 1.6 nm in the wavelength range of 450 to 800 nm. Using the above measurement data, the dielectric function of the organic semiconductor is subjected to fitting analysis by the Cauchy model to obtain the refractive index of the layer with respect to light of each wavelength.
[第1実施形態]
以下、図1を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る有機光電子素子について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率等は適宜異ならせてある。[First Embodiment]
Hereinafter, the organic photoelectronic device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. In all the drawings below, the dimensions and ratios of each component are appropriately different in order to make the drawings easier to see.
図1は、本実施形態の有機光電子素子(有機EL素子)1を示す断面模式図である。有機EL素子1は、基板10、陽極11、正孔注入層12、正孔輸送層13、発光層14、電子輸送層15、電子注入層16、陰極17がこの順に積層した構造を有している。本実施形態の有機EL素子1は、発光層14で生じた光Lが、陽極11および基板10を介して外部へ射出されるボトムエミッション方式を採用している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an organic photoelectron device (organic EL device) 1 of the present embodiment. The
(基板)
基板10は、光透過性を備えている。基板10の形成材料としては、ガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子(樹脂)を用いることができる。また、光透過性を有する限り、上記材料を積層または混合して形成された複合材料を用いることもできる。(substrate)
The
また、基板10は、有機EL素子に電気的に接続される不図示の各種配線、駆動素子を備えている。
Further, the
(陽極)
陽極11は、基板10上に形成され、正孔輸送層13に正孔(ホール)を供給する。また、陽極11は、発光層14から発せられた光を透過する光透過性を有する。陽極11の形成材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:インジウムドープ酸化錫)やIZO(Indium Zinc Oxide:インジウムドープ酸化亜鉛)等の導電性金属酸化物を用いることができる。陽極11の基板10側には、半透過膜が設けられていてもよい。(anode)
The
陽極11の厚さは、特に制限されないが、30~300nmが好ましい。陽極11の厚さは、たとえば100nmである。
The thickness of the
(正孔注入層)
正孔注入層12は、陽極11と正孔輸送層13との間に形成されている。正孔注入層12は、陽極11から正孔輸送層13への正孔の注入を容易にする機能を有する。なお、正孔注入層12は形成しなくてもよい。(Hole injection layer)
The
正孔注入層12は、公知の半導体材料を用いて形成することができる。このような材料としては、たとえば、以下の半導体材料が挙げられる。
酸化モリブデン、または酸化タングステン等の金属酸化物;
銅フタロシアニン等の有機金属錯体材料;
N,N’-ジ-(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニルベンジジン(α-NPD)、ジ-[4-(N,N-ジトリル-アミノ)-フェニル]シクロヘキサン(TAPC)、N1,N1,N3,N3-テトラ-m-トリルベンゼン-1,3-ジアミン(PDA)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(TPD)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス-[4-(フェニル-m-トリル-アミノ)-フェニル]-ビフェニル-4,4’-ジアミン(DNTPD)、4,4’,4''-トリス(3-メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m-MTDATA)、4,4’,4''-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(TDATA)、ジピラジノ[2,3-f:2’,3’-h]キノキサリン-2,3,6,7,10,11-ヘキサカルボニトリル(HAT-CN)、9,9’,9’’-トリフェニル-9H,9’H,9’’H-3,3’:6’,3’’-テルカルバゾール(Tris-PCz)、4,4’,4''-トリス(N,N-2-ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(2-TNATA)等のアリールアミン材料;
ポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸(PANI/DBSA)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホネート)(PEDOT/PSS)、またはポリアニリンカンファースルホン酸(PANI/CSA)、ポリアニリン/ポリ(4-スチレンスルホネート)(PANI/PSS)等の高分子半導体材料;
N-(ジフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-N-(4-(9-フェニル-9H-カルバゾイル-3イル)フェニル)-9H-フルオレン-2-アミン(以下、「HT211」という。)、HTM081(Merck社製)、HTM163(Merck社製)、HTM222(Merck社製)、NHT-5(Novaled社製)、NHT-18(Novaled社製)、NHT-49(Novaled社製)、NHT-51(Novaled社製)、NDP-2(Novaled社製)、NDP-9(Novaled社製)等の市販品等。
これら正孔注入層12の形成材料は、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。また、上記正孔注入層12の形成材料は、単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。The
Metal oxides such as molybdenum oxide or tungsten oxide;
Organometallic complex materials such as copper phthalocyanine;
N, N'-di- (1-naphthyl) -N, N'-diphenylbenzidine (α-NPD), di- [4- (N, N-ditrill-amino) -phenyl] cyclohexane (TAPC), N 1 , N 1 , N 3 , N 3 -tetra-m-tolylbenzene-1,3-diamine (PDA), N, N'-diphenyl-N, N'-di (m-tolyl) benzidine (TPD), N , N'-diphenyl-N, N'-bis- [4- (phenyl-m-trill-amino) -phenyl] -biphenyl-4,4'-diamine (DNTPD), 4,4', 4''- Tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), 4,4', 4''-tris (N, N-diphenylamino) triphenylamine (TDATA), dipyrazino [2,3-f : 2', 3'-h] Kinoxalin-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile (HAT-CN), 9,9', 9''-triphenyl-9H, 9'H, 9''H-3,3': 6', 3''-tercarbazole (Tris-PCz), 4,4', 4''-tris (N, N-2-naphthylphenylamino) triphenylamine ( 2-TNATA) and other arylamine materials;
Polyaniline / dodecylbenzene sulfonic acid (PANI / DBSA), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT / PSS), or polyaniline camphorsulfonic acid (PANI / CSA), polyaniline / Polymer semiconductor materials such as poly (4-styrene sulfonate) (PANI / PSS);
N- (diphenyl-4-yl) -9,9-dimethyl-N- (4- (9-phenyl-9H-carbazoyl-3yl) phenyl) -9H-fluorene-2-amine (hereinafter referred to as "HT211") ), HTM081 (Merck), HTM163 (Merck), HTM222 (Merck), NHT-5 (Novaled), NHT-18 (Novaled), NHT-49 (Novaled) , NHT-51 (manufactured by Novaled), NDP-2 (manufactured by Novaled), NDP-9 (manufactured by Novaled) and other commercially available products.
As the material for forming the
さらに、正孔注入層12の形成材料としては、後述の含フッ素重合体および有機半導体材料との電荷の授受を容易にするドーパントが含まれてもよい。正孔注入材料に対するドーパントの具体例としては、TCNQ、F4-TCNQ、PPDN、TCNNQ、F6-TCNNQ、HAT-CN、HATNA、HATNA-Cl6、HATNA-F6、C60F36、F16-CuPc、NDP-2(Novaled社製)、NDP-9(Novaled社製)等の有機ドーパント、および、MoO3、V2O5、WO3、ReO3、CuI等の無機ドーパントが挙げられる。有機半導体材料は1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。また含フッ素重合体は1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。Further, the material for forming the
正孔注入層12の厚さは、特に制限されないが、1~300nmが好ましい。正孔注入層12の厚さは、たとえば5nmである。
The thickness of the
(正孔輸送層)
正孔輸送層13は、正孔注入層12上に形成されている。なお、正孔注入層12がない場合は、正孔輸送層13は、陽極11に形成される。正孔輸送層13は、陽極11から注入された正孔を発光層14に向けて良好に輸送する機能を有する。正孔輸送層13は、単層であってもよく、複数層の積層体であってもよい。(Hole transport layer)
The
正孔輸送層13は、有機半導体材料と含フッ素重合体とを含んでいる。発光層14と接する正孔輸送層13の表面には、含フッ素重合体が存在している。
The
そのため、正孔輸送層13は、有機半導体材料のみからなる正孔輸送層と比べ低屈折率となっている。正孔輸送層13は、波長域450~800nmにおいて発光層14よりも低屈折率であることが好ましく、正孔輸送層13の屈折率は、好ましくは1.60以下であり、より好ましくは1.55以下であり、更に好ましくは1.50以下である。発光層14の屈折率は、正孔輸送層13中の有機半導体材料と含フッ素重合体との混合比を制御することにより調整可能である。正孔輸送層13が低屈折率であることにより、有機EL素子1の内部で生じた光取出し効率が向上する。
Therefore, the
(有機半導体材料)
正孔輸送層13の形成材料である有機半導体材料は、陽極から正孔の注入を受けて輸送する正孔輸送材料として知られた化合物を採用することができる。(Organic semiconductor material)
As the organic semiconductor material that is the material for forming the
正孔輸送材料としては、芳香族アミン誘導体が好適に例示できる。具体例としては、下記のα-NPD、TAPC、PDA、TPD、m-MTDATA等が挙げられる。 As the hole transport material, an aromatic amine derivative can be preferably exemplified. Specific examples include the following α-NPD, TAPC, PDA, TPD, m-MTDATA and the like.
その他の正孔輸送材料としては、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス-[4-(フェニル-m-トリル-アミノ)-フェニル]-ビフェニル-4,4’-ジアミン(DNTPD)、N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニルベンジジン(NPB)、4,4’,4''-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(TDATA)、ジピラジノ[2,3-f:2’,3’-h]キノキサリン-2,3,6,7,10,11-ヘキサカルボニトリル(HAT-CN)、9,9’,9’’-トリフェニル-9H,9’H,9’’H-3,3’:6’,3’’-テルカルバゾール(Tris-PCz)、4,4’,4''-トリス(N,N-2-ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(2-TNATA)、4,4’,4''-トリ(9-カルバゾイル)トリフェニルアミン(TCTA)、2,2’,7,7’-テトラキス(N,N-ジフェニルアミノ)-2,7-ジアミノ-9,9’-スピロビフルオレン(Spiro-TAD)、2,2’,7,7’-テトラキス(N、N-ジ-p-メトキシフェニルアミノ)-9,9’-スピロビフルオレン(Spiro-MeOTAD)等のアリールアミン材料;ポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸(PANI/DBSA)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホネート)(PEDOT/PSS)、またはポリアニリンカンファースルホン酸(PANI/CSA)、ポリアニリン/ポリ(4-スチレンスルホネート)(PANI/PSS)等の高分子半導体材料;N-(ジフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-N-(4-(9-フェニル-9H-カルバゾイル-3イル)フェニル)-9H-フルオレン-2-アミン(以下、「HT211」という。)、HTM081(Merck社製)、HTM163(Merck社製)、HTM222(Merck社製)、NHT-5(Novaled社製)、NHT-18(Novaled社製)、NHT-49(Novaled社製)、NHT-51(Novaled社製)NDP-2(Novaled社製)、NDP-9(Novaled社製)等の市販品等が挙げられる。
これら正孔輸送層13の形成材料は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。また、上記正孔輸送層13の形成材料は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。Other hole transport materials include N, N'-diphenyl-N, N'-bis- [4- (phenyl-m-trill-amino) -phenyl] -biphenyl-4,4'-diamine (DNTPD). , N, N'-di (1-naphthyl) -N, N'-diphenylbenzidine (NPB), 4,4', 4''-tris (N, N-diphenylamino) triphenylamine (TDATA), dipyrazino [2,3-f: 2', 3'-h] Kinoxalin-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile (HAT-CN), 9,9', 9''-triphenyl- 9H, 9'H, 9''H-3,3': 6', 3''-telcarbazole (Tris-PCz), 4,4', 4''-Tris (N, N-2-naphthylphenyl) Amino) triphenylamine (2-TNATA), 4,4', 4''-tri (9-carbazoyl) triphenylamine (TCTA), 2,2', 7,7'-tetrakis (N, N-diphenyl) Amino) -2,7-diamino-9,9'-spiro-TAD, 2,2', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamino) -9, Arylamine materials such as 9'-spiro-MeOTAD; polyaniline / dodecylbenzenesulfonic acid (PANI / DBSA), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT). / PSS), or polymer semiconductor materials such as polyaniline camphorsulfonic acid (PANI / CSA), polyaniline / poly (4-styrene sulfonate) (PANI / PSS); N- (diphenyl-4-yl) -9,9- Dimethyl-N- (4- (9-phenyl-9H-carbazoyl-3yl) phenyl) -9H-fluoren-2-amine (hereinafter referred to as "HT211"), HTM081 (manufactured by Merck), HTM163 (manufactured by Merck) , HTM222 (Merck), NHT-5 (Novaled), NHT-18 (Novaled), NHT-49 (Novaled), NHT-51 (Novaled) NDP-2 (Novaled) , NDP-9 (manufactured by Novaled) and the like on the market.
As the material for forming the
(含フッ素重合体)
本発明の電荷注入層および電荷輸送層に含まれる含フッ素重合体は、フッ素原子を含む重合体である。なお、本実施形態においては、オリゴマーも重合体に含める。すなわち、含フッ素重合体はオリゴマーであってもよい。
含フッ素重合体は、正孔輸送層等の層の形成速度、層の強度と表面粗さの観点から、含フッ素重合体の熱分解が起こる温度以下において実用化するのに十分な蒸発速度もしくは飽和蒸気圧を有することが好ましい。一般的な含フッ素重合体であるPTFEの熱分解開始温度が約400℃、テフロン(登録商標)AFの熱分解開始温度が350℃である。本実施形態に係る含フッ素重合体の300℃における蒸発速度は、0.01g/m2sec以上が好ましく、0.02g/m2sec以上が好ましい。また、300℃における飽和蒸気圧は、0.001Pa以上であることが好ましく、0.002Pa以上がより好ましい。この観点から含フッ素重合体は、分子間相互作用が小さいと考えられるペルフルオロ重合体が好ましい。また結晶性が低いといわれる主鎖に脂肪族環構造を有する重合体がさらに好ましい。ここで主鎖に脂肪族環構造を有するとは、含フッ素重合体が繰り返し単位中に脂肪族環構造(芳香族性を示さない環構造)を有し、かつ、該脂肪族環を構成する炭素原子の1個以上が主鎖を構成することを意味する。
本明細書中、飽和蒸気圧(単位:Pa)は、真空示差熱天秤(アドバンス理工社製:VPE-9000)により測定される値である。(Fluorine-containing polymer)
The fluorine-containing polymer contained in the charge injection layer and the charge transport layer of the present invention is a polymer containing a fluorine atom. In this embodiment, the oligomer is also included in the polymer. That is, the fluorine-containing polymer may be an oligomer.
From the viewpoint of the formation rate of a layer such as a hole transport layer, the strength of the layer and the surface roughness, the fluorine-containing polymer has an evaporation rate sufficient for practical use at a temperature below the temperature at which thermal decomposition of the fluorine-containing polymer occurs. It is preferable to have a saturated vapor pressure. The thermal decomposition start temperature of PTFE, which is a general fluorine-containing polymer, is about 400 ° C., and the thermal decomposition start temperature of Teflon (registered trademark) AF is 350 ° C. The evaporation rate of the fluorine-containing polymer according to the present embodiment at 300 ° C. is preferably 0.01 g / m 2 sec or more, preferably 0.02 g / m 2 sec or more. The saturated vapor pressure at 300 ° C. is preferably 0.001 Pa or more, more preferably 0.002 Pa or more. From this point of view, the fluorine-containing polymer is preferably a perfluoropolymer, which is considered to have a small intramolecular interaction. Further, a polymer having an aliphatic ring structure in the main chain, which is said to have low crystallinity, is more preferable. Here, the fact that the main chain has an aliphatic ring structure means that the fluoropolymer has an aliphatic ring structure (a ring structure that does not exhibit aromaticity) in the repeating unit and constitutes the aliphatic ring. It means that one or more carbon atoms make up the main chain.
In the present specification, the saturated vapor pressure (unit: Pa) is a value measured by a vacuum differential thermal balance (manufactured by Advance Riko Co., Ltd .: VPE-9000).
含フッ素重合体の重量平均分子量(以下、「Mw」で表す。)は1,500~50,000が好ましく、3,000~40,000がより好ましく、5,000~30,000がさらに好ましい。重量平均分子量が1,500以上の場合は、形成される含フッ素重合体で層を形成した場合に十分な強度が得られやすい。一方で、重量平均分子量が50,000以下の場合は、実用的な層形成速度(成膜速度)を与える飽和蒸気圧を有するため、蒸着源を高温、具体的には、400℃超の温度まで加熱する必要がなくなる。蒸着原の温度が高すぎると蒸着過程において含フッ素重合体の主鎖が開裂し、含フッ素重合体が低分子量化してしまい、形成される層の強度が不十分となり、さらに分解物に由来する欠陥が発生し、平滑な表面を得にくい。また、主鎖の開裂により生じ意図せず混入した分子あるいはイオンが膜の導電性や有機EL素子の発光寿命に影響を与える可能性が想定される。
よってMwが1,500~50,000の範囲であれば、含フッ素重合体の主鎖が開裂を起こすことなく、十分な強度と平滑な表面を有する層が形成できる。
「多分散度」とは、数平均分子量(以下、「Mn」で表す。)に対するMwの割合、すなわち、Mw/Mnをいう。形成される層における品質の安定性の観点から、含フッ素重合体の多分散度(分子量分布)(Mw/Mn)は小さい方が好ましく、2以下が好ましい。なお多分散度の理論的な下限値は1である。多分散度の小さい含フッ素重合体を得る方法として、リビングラジカル重合等の制御重合を行う方法、サイズ排除クロマトグラフィを用いた分子量分画精製法、昇華精製による分子量分画精製法が挙げられる。これらの方法のうち、層の形成に蒸着法を適用した場合の蒸着レートの安定性を考慮し、昇華精製を行うことが好ましい。
本明細書中、MwおよびMnはゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される値である。
含フッ素重合体のガラス転移点(Tg)は高い方が、得られる素子の信頼性が高くなることから好ましい。具体的にはガラス転移点が、60℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましく、100℃以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、350℃が好ましく、300℃がより好ましい。The weight average molecular weight of the fluorine-containing polymer (hereinafter referred to as “Mw”) is preferably 1,500 to 50,000, more preferably 3,000 to 40,000, still more preferably 5,000 to 30,000. .. When the weight average molecular weight is 1,500 or more, sufficient strength can be easily obtained when the layer is formed of the formed fluorine-containing polymer. On the other hand, when the weight average molecular weight is 50,000 or less, the vapor deposition source is heated to a high temperature, specifically, a temperature of more than 400 ° C. because it has a saturated vapor pressure that gives a practical layer formation rate (deposition rate). No need to heat up to. If the temperature of the vapor deposition source is too high, the main chain of the fluorinated polymer will be cleaved during the vapor deposition process, the fluorinated polymer will have a low molecular weight, the strength of the formed layer will be insufficient, and it will be derived from the decomposition product. Defects occur and it is difficult to obtain a smooth surface. In addition, it is assumed that molecules or ions generated by cleavage of the main chain and unintentionally mixed may affect the conductivity of the film and the emission lifetime of the organic EL element.
Therefore, when Mw is in the range of 1,500 to 50,000, a layer having sufficient strength and a smooth surface can be formed without causing cleavage of the main chain of the fluorine-containing polymer.
The “polydispersity” refers to the ratio of Mw to the number average molecular weight (hereinafter referred to as “Mn”), that is, Mw / Mn. From the viewpoint of quality stability in the formed layer, the polydispersity (molecular weight distribution) (Mw / Mn) of the fluorine-containing polymer is preferably small, preferably 2 or less. The theoretical lower limit of the polydispersity is 1. Examples of the method for obtaining a fluoropolymer having a small degree of polydispersity include a method for performing controlled polymerization such as living radical polymerization, a molecular weight fraction purification method using size exclusion chromatography, and a molecular weight fraction purification method by sublimation purification. Of these methods, it is preferable to perform sublimation purification in consideration of the stability of the vapor deposition rate when the vapor deposition method is applied to the formation of the layer.
In the present specification, Mw and Mn are values measured by gel permeation chromatography (GPC).
It is preferable that the glass transition point (Tg) of the fluorine-containing polymer is high because the reliability of the obtained device is high. Specifically, the glass transition point is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and particularly preferably 100 ° C. or higher. The upper limit is not particularly limited, but 350 ° C is preferable, and 300 ° C is more preferable.
主鎖に含フッ素脂肪族環構造を有するペルフルオロ重合体が、ペルフルオロ(3-ブテニルビニルエーテル)を環化重合してなる繰り返し単位のみからなるペルフルオロ重合体(ポリペルフルオロ(3-ブテニルビニルエーテル)ともいう)である場合、固有粘度[η]が、0.01~0.14dl/gであることが好ましく、0.02~0.1dl/gであることがより好ましく、0.02~0.08dl/gであることが特に好ましい。[η]が0.01dl/g以上の場合は、相対的に含フッ素重合体の分子量が大きくなり、形成後の層において十分な強度が得られやすい。一方で、[η]が0.14dl/g以下の場合は、相対的に含フッ素重合体の分子量が小さくなり、実用的な成膜速度を与える飽和蒸気圧を有する。
本明細書中、固有粘度[η](単位:dl/g)は、測定温度30℃でアサヒクリン(登録商標)AC2000(旭硝子社製)を溶媒として、ウベローデ型粘度計(柴田科学社製:粘度計ウベローデ)により測定される値である。A perfluoropolymer having a fluorine-containing aliphatic ring structure in the main chain is also a perfluoropolymer consisting of only repeating units formed by cyclizing and polymerizing perfluoro (3-butenyl vinyl ether) (also known as polyperfluoro (3-butenyl vinyl ether)). In the case of), the intrinsic viscosity [η] is preferably 0.01 to 0.14 dl / g, more preferably 0.02 to 0.1 dl / g, and 0.02 to 0. It is particularly preferable that it is 08 dl / g. When [η] is 0.01 dl / g or more, the molecular weight of the fluorine-containing polymer is relatively large, and sufficient strength can be easily obtained in the formed layer. On the other hand, when [η] is 0.14 dl / g or less, the molecular weight of the fluorine-containing polymer is relatively small, and it has a saturated vapor pressure that gives a practical film formation rate.
In the present specification, the intrinsic viscosity [η] (unit: dl / g) is an Ubbelohde viscometer (manufactured by Shibata Kagaku Co., Ltd .:) using Asahiclin (registered trademark) AC2000 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a solvent at a measurement temperature of 30 ° C. It is a value measured by a viscometer Ubbelohde).
含フッ素重合体の波長450nm~800nmにおける屈折率の上限値は、1.5が好ましく、1.4がより好ましい。屈折率が1.5以下であれば、有機半導体材料との混合により得られる電荷注入層、電荷輸送層等の層の屈折率をガラス基板等の屈折率と同等水準である1.55程度まで低下させることができ、光取り出し効率が向上するため好ましい。一方、屈折率の理論的な下限値は1.0である。
有機半導体材料の屈折率は、一般的に1.7~1.8程度である。このような一般的な有機半導体材料に対して、屈折率が1.5以下の含フッ素重合体を混合すれば、得られる電荷注入層、電荷輸送層等の屈折率を低下させることができる。電荷注入層、電荷輸送層の屈折率が低下して、電荷注入層、電荷輸送層に隣接する電極、ガラス基板等(ソーダガラスおよび石英ガラスの屈折率は可視光領域でそれぞれ約1.51~1.53、約1.46~1.47である。)の屈折率に近づけば、電荷注入層または電荷輸送層と、電極またはガラス基板との界面で生じる全反射を回避することができ、光取り出し効率が向上する。The upper limit of the refractive index of the fluorine-containing polymer at a wavelength of 450 nm to 800 nm is preferably 1.5, more preferably 1.4. If the refractive index is 1.5 or less, the refractive index of the layers such as the charge injection layer and the charge transport layer obtained by mixing with the organic semiconductor material is up to about 1.55, which is the same level as the refractive index of the glass substrate or the like. It is preferable because it can be lowered and the light extraction efficiency is improved. On the other hand, the theoretical lower limit of the refractive index is 1.0.
The refractive index of an organic semiconductor material is generally about 1.7 to 1.8. If a fluorine-containing polymer having a refractive index of 1.5 or less is mixed with such a general organic semiconductor material, the refractive index of the obtained charge injection layer, charge transport layer, or the like can be lowered. The refractive index of the charge injection layer and the charge transport layer is lowered, and the charge injection layer, the electrode adjacent to the charge transport layer, the glass substrate, etc. (the refractive index of soda glass and quartz glass is about 1.51 to each in the visible light region. Closer to the index of refraction of 1.53, about 1.46 to 1.47), the total reflection that occurs at the interface between the charge injection layer or charge transport layer and the electrode or glass substrate can be avoided. Light extraction efficiency is improved.
含フッ素重合体としては、以下の重合体(1),(2)が挙げられる。
重合体(1):主鎖に脂肪族環を有さず、フルオロオレフィンに由来する単位(以下、「フルオロオレフィン単位」とも記す。)を有する含フッ素重合体、
重合体(2):主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体。Examples of the fluorine-containing polymer include the following polymers (1) and (2).
Polymer (1): A fluorine-containing polymer having no aliphatic ring in the main chain and having a unit derived from a fluoroolefin (hereinafter, also referred to as “fluoroolefin unit”).
Polymer (2): A fluorine-containing polymer having an aliphatic ring in the main chain.
≪重合体(1)≫
重合体(1)は、フルオロオレフィンの単独重合体であってもよく、フルオロオレフィンと、フルオロオレフィンと共重合可能な他の単量体との共重合体であってもよい。≪Polymer (1) ≫
The polymer (1) may be a homopolymer of a fluoroolefin or a copolymer of a fluoroolefin and another monomer copolymerizable with the fluoroolefin.
フルオロオレフィンとしては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド、ビニルフルオライド、ペルフルオロアルキルエチレン(炭素数1~10のペルフルオロアルキル基を有するもの等)、ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)、トリフルオロエチレン等が挙げられる。
例示したうちで、電荷注入層および電荷輸送層の屈折率を低下させやすいことから、炭素原子に結合しているすべての水素原子がフッ素に置換されたテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)が好ましい。Examples of the fluoroolefin include tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride, vinylfluoride, perfluoroalkylethylene (those having a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, etc.), and perfluoro (alkyl vinyl ether). , Trifluoroethylene and the like.
Among the examples, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and perfluoro (alkyl) in which all hydrogen atoms bonded to carbon atoms are replaced with fluorine because the refractive index of the charge injection layer and the charge transport layer can be easily lowered. Vinyl ether) is preferred.
フルオロオレフィンと共重合可能な他の単量体としては、ビニルエーテル、ビニルエステル、芳香族ビニル化合物、アリル化合物、アクリロイル化合物、メタクリロイル化合物等が挙げられる。
重合体(1)が共重合体である場合、フルオロオレフィンに由来する単位の割合は、20モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、80モル%以上がさらに好ましい。Examples of other monomers copolymerizable with the fluoroolefin include vinyl ethers, vinyl esters, aromatic vinyl compounds, allyl compounds, acryloyl compounds, and methacryloyl compounds.
When the polymer (1) is a copolymer, the proportion of the unit derived from the fluoroolefin is preferably 20 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, still more preferably 80 mol% or more.
重合体(1)の主鎖末端の官能基は、反応性の低い官能基であることが好ましい。反応性の低い官能基としては、たとえば、アルコキシカルボニル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。 The functional group at the end of the main chain of the polymer (1) is preferably a functional group having low reactivity. Examples of the functional group having low reactivity include an alkoxycarbonyl group and a trifluoromethyl group.
重合体(1)としては、合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
重合体(1)としては、以下の含フッ素重合体が挙げられる。
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体((旭硝子社製:Fluon(登録商標)PFA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(EPA)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(旭硝子社製:Fluon(登録商標)ETFE)、ポリビニリデンフルオリド(PVdF)、ポリビニルフルオリド(PVF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)等。
例示したうちで、電荷注入層および電荷輸送層の屈折率を低下させやすいことから、炭素原子に結合しているすべての水素原子または塩素原子がフッ素に置換されたポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(EPA)が好ましい。
重合体(1)は、公知の方法を用いて製造できる。
重合体(1)としては、合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。As the polymer (1), a synthesized polymer may be used, or a commercially available product may be used.
Examples of the polymer (1) include the following fluorine-containing polymers.
Polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer ((Asahi Glass Co., Ltd .: Fluon (registered trademark) PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoro Ethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) / hexafluoropropylene copolymer (EPA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd .: Fluon (registered trademark) ETFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinyl fluoride (PVF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) and the like.
Among the examples, polytetrafluoroethylene (PTFE) in which all hydrogen atoms or chlorine atoms bonded to carbon atoms are replaced with fluorine because the refractive index of the charge injection layer and the charge transport layer is likely to be lowered, Tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer (PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) -hexafluoropropylene copolymer (EPA) preferable.
The polymer (1) can be produced by using a known method.
As the polymer (1), a synthesized polymer may be used, or a commercially available product may be used.
≪重合体(2)≫
重合体(2)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体である。
「主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体」とは、含フッ素重合体が脂肪族環構造を有する単位を有し、かつ、該脂肪族環を構成する炭素原子の1個以上が主鎖を構成する炭素原子であることを意味する。脂肪族環は酸素原子等のヘテロ原子を有する環であってもよい。
重合体の「主鎖」とは、重合性二重結合を有するモノエンの重合体においては重合性二重結合を構成した2つの炭素原子に由来する炭素原子の連鎖をいい、環化重合しうるジエンの環化重合体においては2つの重合性二重結合を構成した4つの炭素原子に由来する炭素原子の連鎖をいう。モノエンと環化重合しうるジエンとの共重合体においては、該モノエンの上記2つの炭素原子と該ジエンの上記4つの炭素原子とから主鎖が構成される。
したがって、脂肪族環を有するモノエンの重合体の場合は、脂肪族環の環骨格を構成する1つの炭素原子または環骨格を構成する隣接した2つの炭素原子が重合性二重結合を構成する炭素原子である構造のモノエンの重合体である。環化重合しうるジエンの環化重合体の場合は、後述のように、2つの二重結合を構成する4つの炭素原子のうちの2~4つが脂肪族環を構成する炭素原子となる。≪Polymer (2) ≫
The polymer (2) is a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring in the main chain.
The "fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the main chain" means that the fluoropolymer has a unit having an aliphatic ring structure and one or more carbon atoms constituting the aliphatic ring are present. It means that it is a carbon atom that constitutes the main chain. The aliphatic ring may be a ring having a hetero atom such as an oxygen atom.
The "main chain" of a polymer means a chain of carbon atoms derived from two carbon atoms constituting the polymerizable double bond in a monoene polymer having a polymerizable double bond, and can be cyclized and polymerized. In the cyclized polymer of diene, it refers to a chain of carbon atoms derived from four carbon atoms constituting two polymerizable double bonds. In a copolymer of a monoene and a diene capable of cyclization polymerization, a main chain is composed of the above two carbon atoms of the monoene and the above four carbon atoms of the diene.
Therefore, in the case of a monoene polymer having an aliphatic ring, one carbon atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring or two adjacent carbon atoms constituting the ring skeleton form a polymerizable double bond carbon. It is a polymer of monoene having a structure that is an atom. In the case of a diene cyclization polymer capable of cyclization polymerization, as described later, 2 to 4 of the four carbon atoms constituting the two double bonds are carbon atoms constituting the aliphatic ring.
重合体(2)中の脂肪族環の環骨格を構成する原子の数は、4~7個が好ましく、5~6個が特に好ましい。すなわち、脂肪族環は4~7員環が好ましく、5~6員環が特に好ましい。脂肪族環の環を構成する原子としてヘテロ原子を有する場合、ヘテロ原子としては酸素原子、窒素原子等が挙げられ、酸素原子が好ましい。また、環を構成するヘテロ原子の数は1~3個が好ましく、1個または2個であることがより好ましい。
脂肪族環は置換基を有していてもよく、有さなくてもよい。「置換基を有していてもよい」とは、該脂肪族環の環骨格を構成する原子に置換基が結合してもよいことを意味する。The number of atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring in the polymer (2) is preferably 4 to 7, and particularly preferably 5 to 6. That is, the aliphatic ring is preferably a 4- to 7-membered ring, and particularly preferably a 5- to 6-membered ring. When a hetero atom is used as an atom constituting the ring of the aliphatic ring, examples of the hetero atom include an oxygen atom and a nitrogen atom, and an oxygen atom is preferable. The number of heteroatoms constituting the ring is preferably 1 to 3, and more preferably 1 or 2.
The aliphatic ring may or may not have a substituent. "May have a substituent" means that the substituent may be bonded to an atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring.
重合体(2)の脂肪族環を構成する炭素原子に結合した水素原子はフッ素原子に置換されていることが好ましい。また、脂肪族環が置換基を有する場合、その置換基に炭素原子に結合した水素原子を有する場合も、その水素原子はフッ素原子に置換されていることが好ましい。フッ素原子を有する置換基としては、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロアルコキシ基、=CF2等が挙げられる。
重合体(2)中の脂肪族環としては、電荷注入層および電荷輸送層の屈折率を低下させやすいことから、ペルフルオロ脂肪族環(置換基を含め、炭素原子に結合した水素原子のすべてがフッ素原子に置換されている脂肪族環)が好ましい。It is preferable that the hydrogen atom bonded to the carbon atom constituting the aliphatic ring of the polymer (2) is replaced with a fluorine atom. Further, when the aliphatic ring has a substituent and the substituent has a hydrogen atom bonded to a carbon atom, it is preferable that the hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. Examples of the substituent having a fluorine atom include a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, and = CF 2 .
As the aliphatic ring in the polymer (2), since the refractive index of the charge injection layer and the charge transport layer is likely to be lowered, all of the hydrogen atoms bonded to the carbon atom including the substituent are contained in the perfluoroaliphatic ring. Aliphatic rings substituted with fluorine atoms) are preferred.
重合体(2)としては、下記の重合体(21)、(22)が挙げられる。
重合体(21):含フッ素環状モノエンに由来する単位を有する含フッ素重合体、
重合体(22):環化重合しうる含フッ素ジエン(以下、単に「含フッ素ジエン」ともいう。)の環化重合により形成される単位を有する含フッ素重合体。Examples of the polymer (2) include the following polymers (21) and (22).
Polymer (21): A fluorinated polymer having a unit derived from a fluorinated cyclic monoene,
Polymer (22): A fluorine-containing polymer having a unit formed by cyclization polymerization of a fluorine-containing diene (hereinafter, also simply referred to as “fluorine-containing diene”) capable of cyclization polymerization.
フッ素重合体(21):
「含フッ素環状モノエン」とは、脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を1個有する含フッ素単量体、または、脂肪族環を構成する炭素原子と脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を1個有する含フッ素単量体である。
含フッ素環状モノエンとしては、下記の化合物(1)または化合物(2)が好ましい。Fluorine polymer (21):
The "fluorine-containing cyclic monoene" is a fluorine-containing monomer having one polymerizable double bond between carbon atoms constituting the aliphatic ring, or a carbon atom constituting the aliphatic ring and the outside of the aliphatic ring. It is a fluorine-containing monomer having one polymerizable double bond with a carbon atom.
As the fluorine-containing cyclic monoene, the following compound (1) or compound (2) is preferable.
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるペルフルオロアルキル基は、炭素数が1~7であることが好ましく、炭素数が1~4であることが特に好ましい。前記ペルフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状が特に好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるペルフルオロアルコキシ基としては、前記ペルフルオロアルキル基に酸素原子(-O-)が結合したものが挙げられ、トリフルオロメトキシ基が特に好ましい。The perfluoroalkyl groups in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 preferably have 1 to 7 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms. The perfluoroalkyl group is preferably linear or branched, and particularly preferably linear. Specific examples thereof include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
Examples of the perfluoroalkoxy group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 include those in which an oxygen atom (—O—) is bonded to the perfluoroalkyl group, and a trifluoromethoxy group is particularly preferable. preferable.
式(1)中、X1は、フッ素原子であることが好ましい。
X2は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または炭素数1~4のペルフルオロアルコキシ基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることが特に好ましい。
X3およびX4は、それぞれ独立に、フッ素原子または炭素数1~4のペルフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基であることが特に好ましい。
X3およびX4は相互に結合して環を形成してもよい。前記環の環骨格を構成する原子の数は、4~7個が好ましく、5~6個が特に好ましい。
化合物(1)の好ましい具体例として、化合物(1-1)~(1-5)が挙げられる。In formula (1), X 1 is preferably a fluorine atom.
X 2 is preferably a fluorine atom, a trifluoromethyl group, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group.
It is preferable that X 3 and X 4 are independently a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
X 3 and X 4 may be coupled to each other to form a ring. The number of atoms constituting the ring skeleton of the ring is preferably 4 to 7, and particularly preferably 5 to 6.
Preferred specific examples of the compound (1) include compounds (1-1) to (1-5).
式(2)中、Y1およびY2は、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1~4のペルフルオロアルキル基または炭素数1~4のペルフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基が特に好ましい。
化合物(2)の好ましい具体例として、化合物(2-1),(2-2)が挙げられる。In the formula (2), Y 1 and Y 2 are each independently preferably a fluorine atom, a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and a fluorine atom or a trifluoromethyl group is preferable. Especially preferable.
Preferred specific examples of the compound (2) include compounds (2-1) and (2-2).
重合体(21)は、前記の含フッ素環状モノエンの単独重合体であってもよく、含フッ素環状モノエンと共重合可能な他の単量体の共重合体であってもよい。
ただし、重合体(21)中の全単位に対する含フッ素環状モノエンに由来する単位の割合は、20モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、100モル%がさらに好ましい。
含フッ素環状モノエンと共重合可能な他の単量体としては、たとえば、含フッ素ジエン、側鎖に反応性官能基を有する単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。
含フッ素ジエンとしては、後述する重合体(22)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。側鎖に反応性官能基を有する単量体としては、重合性二重結合および反応性官能基を有する単量体が挙げられる。重合性二重結合としては、CF2=CF-、CF2=CH-、CH2=CF-、CFH=CF-、CFH=CH-、CF2=C-、CF=CF-等が挙げられる。反応性官能基としては、後述する重合体(22)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。
含フッ素環状モノエンと含フッ素ジエンとの共重合により得られる重合体は重合体(21)とする。The polymer (21) may be a homopolymer of the above-mentioned fluorine-containing cyclic monoene, or may be a copolymer of another monomer copolymerizable with the fluorine-containing cyclic monoene.
However, the ratio of the unit derived from the fluorine-containing cyclic monoene to all the units in the polymer (21) is preferably 20 mol% or more, more preferably 40 mol% or more, still more preferably 100 mol%.
Other monomers copolymerizable with the fluorine-containing cyclic monoene include, for example, fluorine-containing diene, a monomer having a reactive functional group on the side chain, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, and perfluoro (methyl vinyl ether). And so on.
Examples of the fluorine-containing diene include those similar to those mentioned in the description of the polymer (22) described later. Examples of the monomer having a reactive functional group in the side chain include a monomer having a polymerizable double bond and a reactive functional group. Examples of the polymerizable double bond include CF 2 = CF-, CF 2 = CH-, CH 2 = CF-, CFH = CF-, CFH = CH-, CF 2 = C-, CF = CF-and the like. .. Examples of the reactive functional group include those similar to those mentioned in the description of the polymer (22) described later.
The polymer obtained by the copolymerization of the fluorine-containing cyclic monoene and the fluorine-containing diene is the polymer (21).
重合体(22):
「含フッ素ジエン」とは、2個の重合性二重結合およびフッ素原子を有する環化重合しうる含フッ素単量体である。重合性二重結合としては、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。含フッ素ジエンとしては、下記化合物(3)が好ましい。
CF2=CF-Q-CF=CF2 ・・・(3)。
式(3)中、Qは、エーテル性酸素原子を含んでいてもよく、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1~5、好ましくは1~3の、分岐を有してもよいペルフルオロアルキレン基である。該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Qは、エーテル性酸素原子を含むペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。その場合、前記ペルフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、前記ペルフルオロアルキレン基の一方の末端に存在していてもよく、前記ペルフルオロアルキレン基の両末端に存在していてもよく、前記ペルフルオロアルキレン基の炭素原子間に存在していてもよい。環化重合性の点から、前記ペルフルオロアルキレン基の一方の末端にエーテル性酸素原子が存在していることが好ましい。Polymer (22):
The "fluorine-containing diene" is a fluorinated monomer having two polymerizable double bonds and a fluorine atom and capable of cyclization polymerization. As the polymerizable double bond, a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group are preferable. As the fluorine-containing diene, the following compound (3) is preferable.
CF 2 = CF-Q-CF = CF 2 ... (3).
In the formula (3), Q may contain an ethereal oxygen atom, and a part of the fluorine atom may be substituted with a halogen atom other than the fluorine atom. The number of carbon atoms is 1 to 5, preferably 1 to 3. Is a perfluoroalkylene group which may have a branch. Examples of the halogen atom other than fluorine include a chlorine atom and a bromine atom.
Q is preferably a perfluoroalkylene group containing an ethereal oxygen atom. In that case, the etheric oxygen atom in the perfluoroalkylene group may be present at one end of the perfluoroalkylene group, may be present at both ends of the perfluoroalkylene group, and may be present at both ends of the perfluoroalkylene group. It may exist between carbon atoms. From the viewpoint of cyclization polymerizability, it is preferable that an ethereal oxygen atom is present at one end of the perfluoroalkylene group.
化合物(3)の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF2CF=CF2、
CF2=CFOCFClCF2CF=CF2、
CF2=CFOCCl2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2OCF=CF2、
CF2=CFOC(CF3)2OCF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(OCF3)CF=CF2、
CF2=CFCF2CF=CF2、
CF2=CFCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFCF2OCF2CF=CF2。Specific examples of the compound (3) include the following compounds.
CF 2 = CFOCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCFClCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCCl 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 OCF = CF 2 ,
CF 2 = CFOC (CF 3 ) 2 OCF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF (OCF 3 ) CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 OCF 2 CF = CF 2 .
化合物(3)の環化重合により形成される単位として、下記単位(3-1)~(3-4)等が挙げられる。 Examples of the unit formed by the cyclization polymerization of the compound (3) include the following units (3-1) to (3-4).
重合体(22)は、含フッ素ジエンの単独重合体であってもよく、含フッ素ジエンと共重合可能な他の単量体の共重合体であってもよい。
含フッ素ジエンと共重合可能な他の単量体としては、たとえば、側鎖に反応性官能基を有する単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。The polymer (22) may be a homopolymer of a fluorine-containing diene, or may be a copolymer of another monomer copolymerizable with the fluorine-containing diene.
Examples of other monomers copolymerizable with the fluorine-containing diene include monomers having a reactive functional group in the side chain, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether) and the like.
重合体(22)の具体例としては、たとえば、CF2=CFOCF2CF2CF=CF2(ペルフルオロ(3-ブテニルビニルエーテル))を環化重合させて得られる、下式(3-1-1)で表される重合体が挙げられる。
なお、以下、ペルフルオロ(3-ブテニルビニルエーテル)を「BVE」という。As a specific example of the polymer (22), for example, the following formula (3-1-) obtained by cyclization polymerization of CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2 (perfluoro (3-butenyl vinyl ether)) is carried out. Examples thereof include the polymer represented by 1).
Hereinafter, perfluoro (3-butenyl vinyl ether) is referred to as "BVE".
ただし、式(3-1-1)中、pは5~1,000の整数である。
pは、10~800の整数が好ましく、10~500の整数が特に好ましい。However, in the equation (3-1-1), p is an integer of 5 to 1,000.
p is preferably an integer of 10 to 800, and particularly preferably an integer of 10 to 500.
重合体(2)の主鎖末端の官能基は、反応性の低い官能基であることが好ましい。反応性の低い官能基としては、たとえば、アルコキシカルボニル基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。 The functional group at the end of the main chain of the polymer (2) is preferably a functional group having low reactivity. Examples of the functional group having low reactivity include an alkoxycarbonyl group and a trifluoromethyl group.
重合体(2)としては、合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
重合体(2)の具体例としては、BVE環化重合体(旭硝子社製:サイトップ(登録商標))、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(4-メトキシ-1,3-ジオキソール)共重合体(ソルベイ社製:ハイフロン(登録商標)AD)、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール)共重合体(Dupont社製:テフロン(登録商標)AF)、 ペルフルオロ(4-メチル-2-メチレン-1,3-ジオキソラン)重合体(MMD重合体)が好ましい。As the polymer (2), a synthesized polymer may be used, or a commercially available product may be used.
Specific examples of the polymer (2) include a BVE cyclized polymer (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd .: Cytop (registered trademark)) and a tetrafluoroethylene / perfluoro (4-methoxy-1,3-dioxol) copolymer (Solbay). Hyflon (registered trademark) AD), tetrafluoroethylene / perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxol) copolymer (Dupont: Teflon (registered trademark) AF), perfluoro (4-methyl) -2-Methylene-1,3-dioxolane) polymer (MMD polymer) is preferable.
本発明では、含フッ素重合体は重合体(2)であることが好ましく、重合体(22)であることがより好ましく、BVEを環化重合させて得られる、式(3-1-1)で表される含フッ素重合体が特に好ましい。 In the present invention, the fluorine-containing polymer is preferably the polymer (2), more preferably the polymer (22), and is obtained by cyclizing and polymerizing BVE, according to the formula (3-1-1). The fluorine-containing polymer represented by is particularly preferable.
正孔輸送層13の形成材料としては、上述した含フッ素重合体および有機半導体材料との電荷の授受を容易にするドーパントが含まれてもよい。正孔輸送材料に対するドーパントの具体例としては、TCNQ、F4-TCNQ、PPDN、TCNNQ、F6-TCNNQ、HAT-CN、HATNA、HATNA-Cl6、HATNA-F6、C60F36、F16-CuPc、NDP-2(Novaled社製)、NDP-9(Novaled社製)等の有機ドーパント、および、MoO3、V2O5、WO3、ReO3、CuI等の無機ドーパントが挙げられる。ただし、有機半導体材料は1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。また含フッ素重合体は1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。The material for forming the
正孔輸送層13の形成材料において、含フッ素重合体と有機半導体材料との体積比は70:30~5:95であることが好ましく、60:40~20:80であることがより好ましい。含フッ素重合体と有機半導体材料との体積比が上記の範囲であれば、得られる正孔輸送層13の屈折率がガラス基板等の屈折率と同等水準まで低下し、有機EL素子における光取り出し効率が向上するため好ましい。
In the material for forming the
このような正孔輸送層13は、公知のドライコート法またはウェットコート法で形成することができる。
Such a
用いる有機半導体材料が高分子材料である場合、正孔輸送層13の成膜には公知のウェットコート法を採用するとよい。ウェットコート法としては、インクジェット法、キャストコート法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソコート法、およびスプレーコート法等が挙げられる。ウェットコート法を採用する場合には、用いる有機半導体材料と含フッ素重合体とを所望の比率で混合した溶液または分散液を用意し、上述のいずれかの方法で成膜するとよい。
When the organic semiconductor material to be used is a polymer material, a known wet coating method may be adopted for forming the
用いる有機半導体材料が低分子材料である場合、正孔輸送層13の成膜には公知のドライコート法を採用するとよい。ドライコート法は、含フッ素重合体と有機半導体材料とを均一な混合比で成膜しやすいため好ましい。
When the organic semiconductor material used is a small molecule material, a known dry coat method may be adopted for forming the
ドライコート法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、およびスパッタ法等の物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法にて成膜される正孔輸送層13は、物理蒸着層である。正孔輸送層13の形成材料が低分子材料である場合、正孔輸送層13は物理蒸着層である蓋然性が高い。これらのうち有機半導体および含フッ素重合体を分解しすることなく成膜しやすいことから、抵抗加熱蒸着法が好ましく、含フッ素重合体と有機半導体材料とを共蒸着させる工程を含む、抵抗加熱による共蒸着法が特に好ましい。
Examples of the dry coating method include a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, and a physical vapor deposition method such as a sputtering method. The
共蒸着における蒸着速度(含フッ素重合体と有機半導体材料との合計の蒸着速度)は特に制限されないが、0.001~10nm/sであることが好ましい。このとき、含フッ素重合体と有機半導体材料の蒸着速度比により混合比を制御できる。 The vapor deposition rate in the co-deposited film (the total vapor deposition rate of the fluorine-containing polymer and the organic semiconductor material) is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 10 nm / s. At this time, the mixing ratio can be controlled by the vapor deposition rate ratio of the fluorine-containing polymer and the organic semiconductor material.
正孔輸送層13は、波長域450nm~800nmにおける吸収係数が5000cm-1以下であることが好ましく、1000cm-1以下であることがより好ましく、上記波長域において吸収帯を有さないことが特に好ましい。The
正孔輸送層13を構成する各層の吸収係数が5000cm-1を超える場合、光が厚み100nmの正孔輸送層を1回通過すると通過前の光の全量を100%としたときに対し5%の光が吸収される。有機EL素子の内部では光の多重干渉により、正孔輸送層13を通過するときの光の吸収による損失が累積する。そのため、正孔輸送層を通過する際における光吸収が光取り出し効率を大きく低減させる要因となる。光吸収が十分小さい正孔輸送層を用いることは、有機電界発光素子の発光効率を損なわないために極めて重要である。有機EL素子の発光効率が損なわれないことによりエネルギー利用効率が高くなり、かつ、光吸収に基づく発熱が抑制される結果として素子寿命が長くなる。When the absorption coefficient of each layer constituting the
正孔輸送層13の厚さは特に制限されないが、10nm~350nmが好ましく、20nm~300nmがより好ましい。
The thickness of the
(発光層)
発光層14は、正孔輸送層13に接して形成されている。発光層14では、陽極11から注入された正孔および陰極17から注入された電子が再結合し、光子を放出して発光する。その際の発光波長は、発光層14の形成材料に応じて定まる。(Light emitting layer)
The
発光層14の形成材料としては、蛍光材料、熱活性化遅延蛍光(TADF)材料、りん光材料等、公知のものを採用することができる。たとえば、発光層14の形成材料としては、(E)-2-(2-(4-(ジメチルアミノ)スチリル)-6-メチル-4H-ピラン-4-イリデン)マロノニトリル(DCM)、4-(ジシアノメチレン)-2-メチル-6-ジュロリジル-9-エニル-4H-ピラン(DCM2)、Rubrene、Coumarin6、Ir(ppy)3、(ppy)2Ir(acac)等の発光ドーパント材料、4,4‘-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル(CBP)、3,3'-ジ(9H-カルバゾール-9-イル)-1,1'-ビフェニル(mCBP)等のりん光ホスト材料、ADN、Alq3等の蛍光ホスト材料、ポリフェニレンビニレン(PPV)、MEH-PPV等のポリマー材料が挙げられるが、これらに限定されない。発光層14の形成材料は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよく、所望の発光波長に応じて適宜選択される。発光層14の屈折率は、波長域450nm~800nmにおいて1.65~1.90であり、たとえば波長600nmにおいて1.70~1.80である。
発光層14の厚さは、特に制限されないが、10~30nmが好ましい。発光層14の厚さは、たとえば15nmである。As the material for forming the
The thickness of the
(電子輸送層)
電子輸送層15は、発光層14に接して形成されている。電子輸送層15は、陰極17から注入された電子を発光層14に向けて良好に輸送する機能を有する。なお、電子輸送層15は形成しなくてもよい。(Electron transport layer)
The
電子輸送層15の形成材料としては、公知のものを採用することができる。たとえば、電子輸送層15の形成材料としては、下記のAlq3、PBD、TAZ、BND、OXD-7、2,2’,2''-(1,3,5-ベンジントリイル)-トリス(1-フェニル-1-H-ベンズイミダゾール)(TPBi)が挙げられる。その他、電子輸送層15の形成材料として、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(BCP)、t-Bu-PBD、シロール誘導体も挙げられる。電子輸送層15の形成材料は、これらに限定されない。電子輸送層15は、発光層14と共通する材料を含んでいてもよい。As the material for forming the
さらに、電子輸送層15は、後述の含フッ素重合体を含んでいてもよい。この場合、電子輸送層15は、波長域450~800nmにおいて発光層14よりも低屈折率であると好ましい。
Further, the
電子輸送層15の厚さは、特に制限されないが、30~200nmが好ましい。電子輸送層15の厚さは、たとえば60nmである。
The thickness of the
(電子注入層)
電子注入層16は、陰極17と電子輸送層15との間に設けられている。なお、電子輸送層15がない場合は、電子注入層16は陰極17と発光層14との間に設けられる。電子注入層16は、陰極17から電子輸送層15または発光層14への電子の注入を容易にする機能を有する。電子注入層16の形成材料としては、通常知られたものを使用することができる。具体例としては、LiF、Cs2CO3、CsF等の無機化合物や、下記のAlq3、PBD、TAZ、BND、OXD-7等が挙げられるが、これらに限定されない。(Electron injection layer)
The
さらに、電子注入層16は、後述の含フッ素重合体を含んでいてもよい。この場合、電子注入層16は、波長域450~800nmにおいて発光層14よりも低屈折率であると好ましい。
なお、電子注入層16は形成しなくてもよい。Further, the
The
電子注入層16の厚さは、特に制限されないが、0.5~2nmが好ましい。電子注入層16の厚さは、たとえば1nmである。
The thickness of the
(陰極)
陰極17は、電子注入層16に接して形成されている。なお、電子注入層16がない場合には、陰極17は電子輸送層15に接して形成され、電子注入層および電子輸送層15がない場合には、陰極17は発光層14に接して形成される。陰極17は、電子注入層16、電子輸送層15または発光層14に電子を注入する機能を有する。陰極17の形成材料としては、公知のものを採用することができる。たとえば、陰極17の形成材料として、MgAg電極、Al電極が挙げられる。Al電極の表面にはLiF等のバッファ層が形成されていてもよい。(cathode)
The
また、陰極17は、発光層14において等方的に放射される光Lを反射し、陽極11の方へ向かわせる反射膜としての機能を有する。
Further, the
陰極17の厚さは、特に制限されないが、30~300nmが好ましい。陰極17の厚さは、たとえば100nmである。
The thickness of the
有機EL素子1は、上記構成であることにより以下の効果が得られる。
The
第1に、正孔輸送層13が含フッ素重合体を含むこととし、正孔輸送層13に含フッ素重合体を含まない場合と比べて屈折率を低屈折率にすることにより、光取出し効率が向上する。
First, the
第2に、発光層14と、相対的に発光層14よりも低屈折率である正孔輸送層13とが接しているため、素子内部での反射ロスが低減し、光取出し効率が向上する。
Secondly, since the
屈折率の異なる2層の界面に光が入射するとき、光は一部が屈折し、残部が反射する。また、屈折率が大きい層から屈折率が小さい層に向けて光が入射するとき、2つの層の界面では、入射角に応じて全反射する場合がある。 When light is incident on the interface between two layers with different refractive indexes, part of the light is refracted and the rest is reflected. Further, when light is incident from a layer having a large refractive index toward a layer having a small refractive index, total reflection may occur at the interface between the two layers depending on the angle of incidence.
発光層14で生じた光が、図1に示す発光層14と正孔輸送層13との界面14aで反射すると、反射光は有機EL素子の内部において減衰する確率が高まる。その結果、光取出し効率が低下してしまう。
When the light generated in the
このような界面での反射は、互いに接する2層の屈折率差が大きいほど生じやすい。したがって、界面反射を抑制するためには、層間の屈折率差を低減させることが好ましい。 Reflection at such an interface is more likely to occur as the difference in refractive index between the two layers in contact with each other is larger. Therefore, in order to suppress interfacial reflection, it is preferable to reduce the difference in refractive index between layers.
このように考えると、正孔輸送層が有機半導体材料と含フッ素重合体とを含む場合、発光層14と接触する位置には含フッ素重合体を含まない正孔輸送層(以下、正孔輸送層Aとする。)を形成し、当該層に接するように有機半導体材料と含フッ素重合体とを含む他の正孔輸送層(以下、正孔輸送層Bとする。)を形成する方が、発光層14と正孔輸送層との界面反射が抑制できるため好ましいようにも思える。
Considering this way, when the hole transport layer contains an organic semiconductor material and a fluorine-containing polymer, the hole transport layer that does not contain the fluorine-containing polymer at the position in contact with the light emitting layer 14 (hereinafter, hole transport). It is better to form layer A) and to form another hole transport layer containing the organic semiconductor material and the fluorine-containing polymer (hereinafter referred to as hole transport layer B) so as to be in contact with the layer. It seems to be preferable because the interfacial reflection between the light emitting
しかし、上記構成の場合、発光層14から正孔輸送層に入射した光は、正孔輸送層Aと正孔輸送層Bとの界面で反射しやすくなってしまう。
However, in the case of the above configuration, the light incident on the hole transport layer from the
そのため、本願発明の構成においては、発光層14と接触する位置に最も低屈折率の正孔輸送層を配置することとしている。このような構成において、発光層14とこの最も低い低屈折率の正孔輸送層との界面での反射は、発光層14における発光位置を制御することで抑制することができる。
Therefore, in the configuration of the present invention, the hole transport layer having the lowest refractive index is arranged at the position where it comes into contact with the
発光層14では、正孔と電子とが再結合し光子を発する。その際、素子を構成する各層の形成材料や厚さを適宜選択することにより、正孔と電子とが再結合する位置を発光層14の厚さ方向で制御可能である。正孔と電子との再結合位置、すなわち発光位置は、公知の方法で確認することができる。
In the
有機EL素子1では、発光位置が発光層14と正孔輸送層13との界面14aに設定されている。そのため、生じた光は、発光層14と正孔輸送層13とに向けて射出される。
In the
このとき、生じた光は界面14aで反射することなく発光層14および正孔輸送層13に入射する。そのため、発光層14と正孔輸送層13との界面14aで生じた光については、発光層14と正孔輸送層13との界面での反射を考慮する必要が無い。
At this time, the generated light is incident on the
したがって、本実施形態の正孔輸送層13においては、発光位置を発光層14と正孔輸送層13との界面14aとすることで、素子内部での反射ロスが低減し、光取出し効率が向上する。
Therefore, in the
以上のように、正孔輸送層13が上記構成である有機EL素子1では、上述した各効果により、光取出し効率が向上する。これにより、従来の有機EL素子と比べて少ない投入電力で、従来の有機EL素子と同等の発光量が得られることとなり、消費電力が少ない有機EL素子となる。
As described above, in the
正孔輸送層13が含フッ素重合体を含むことで低屈折率となり、さらに相対的に発光層14よりも低屈折率である正孔輸送層13とが接することで、光取出し効率が向上する効果を検証するため、Setfos4.6(サイバーネット社製)を用いてシミュレーションした結果を説明する。有機EL素子1の一例として解析対象とした素子構成は、基板10としてガラス(厚み1mm)、陽極11としてITO(厚み100nm)、正孔注入層12としてHAT-CN(厚み10nm)、発光層14としてIr(ppy)3を発光ゲスト、4,4‘-ビス(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル(CBP)(厚み30nm)を発光ホスト、電子輸送層15としてTPBi、電子注入層16としてLiF(厚み0.8nm)、陰極17としてAl(厚み100nm)とした。正孔輸送層13については、低屈折率正孔輸送層(波長550nmにおける屈折率が1.55)を正孔輸送層とした構成を実施例1~3、α-NPD層(波長550nmにおける屈折率が1.77)を正孔輸送層とした構成を比較例1~3、α-NPD層(厚み10nm)と低屈折率正孔輸送層の二層構成(α-NPD層が発光層と隣接する構成)を比較例4~6とした。発光層については、発光層中での発光点を発光層の中間(発光点0.5)、正孔輸送層側(発光点0.1)、電子輸送層側(発光点0.9)の3条件を設定し、電子輸送層15の膜厚と、正孔輸送層13の膜厚を10nm~100nmの範囲で5nm間隔で掃引し、光取出し効率が最大となる条件を算出した。解析の結果を、表1に示す。When the
表1の比較例1~3は発光層の発光点によらず光取出し効率が25%だったが、実施例1~3では光取出し効率が28%以上となっており、正孔輸送層13を低屈折率化することで光取出し効率が向上する効果が確認された。また、発光層の発光点が同じ条件で、実施例1~3と比較例4~6を比較すると、実施例1~3のほうが光取出し効率が高くなっており、低屈折率正孔輸送層が発光層に隣接することで光取出し効率が向上する効果が確認された。
In Comparative Examples 1 to 3 in Table 1, the light extraction efficiency was 25% regardless of the light emitting point of the light emitting layer, but in Examples 1 to 3, the light extraction efficiency was 28% or more, and the
また、正孔輸送層13が上記構成である有機EL素子1では、上述のように投入電力が少なくなる。そのため、有機EL素子1は、劣化しにくく長寿命化されたものとなる。
Further, in the
以上のような構成の有機EL素子1によれば、外部量子効率が向上し、消費電力が少なく長寿命化されたものとなる。
According to the
[第2実施形態]
図2は、本発明の第2実施形態に係る有機EL素子2を示す断面模式図であり、図1に対応する図である。したがって、本実施形態において第1実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Second Embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the organic EL element 2 according to the second embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to FIG. 1. Therefore, the components common to the first embodiment in the present embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
有機EL素子2は、基板20、陽極21、正孔注入層12、正孔輸送層13、発光層14、電子輸送層15、電子注入層16、陰極27がこの順に積層した構造を有している。本実施形態の有機EL素子2は、発光層14で生じた光Lが、陰極27を介して外部へ射出されるトップエミッション方式を採用している。
The organic EL element 2 has a structure in which a
基板20は、光透過性を備えていてもよく、光透過性を備えなくてもよい。基板20の形成材料としては、ガラス、石英ガラス、窒化ケイ素等の無機物や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機高分子(樹脂)を用いることができる。また、表面の絶縁性が確保されるならば、基板20の形成材料として金属材料を採用することもできる。
The
陽極21は、基板20上に形成され、正孔輸送層13に正孔(ホール)を供給する。また、陽極21は、発光層14から発せられた光を反射する光反射性を有する。陽極21の形成材料としては、ITOやIZO等の光透過性を有する導電性金属酸化物を用いることができる。また、陽極21に光反射性を付与するため、陽極21の基板20側には、金属材料を形成材料とする反射膜が設けられている。すなわち、陽極21は、導電性金属酸化物を形成材料とする層と、反射膜との積層構造を有する。
The
また、陽極21の形成材料として、銀を用いることとしてもよい。
Further, silver may be used as the material for forming the
陰極27は、電子注入層16に接して形成されている。陰極27は、全体として発光層14から発せられた光の一部を反射し、残部を透過する程度に薄く形成された半透過膜である。陰極27の形成材料として、MgAg電極、Al電極が挙げられる。
The
陰極27の厚さは、特に制限されないが、5~30nmが好ましい。陰極27の厚さは、たとえば5nmである。
The thickness of the
(マイクロキャビティ構造)
本実施形態の有機EL素子1においては、陽極11と陰極17が、陽極11と陰極17との間で光を共振させる光共振構造(マイクロキャビティ)を構成している。陽極11と陰極17との間では、発光層14で生じた光が反射を繰り返し、陽極11と陰極17との間の光路長と合致した波長の光が共振して増幅される。一方で、陽極11と陰極17との間の光路長と合致しない波長の光は減衰する。
ここでいう「光路長」は、素子外部に射出される所望の光の波長と、当該所望の光の波長における各層の屈折率と、を用いて算出されるものとする。(Microcavity structure)
In the
The "optical path length" referred to here is calculated using the wavelength of the desired light emitted to the outside of the element and the refractive index of each layer at the desired wavelength of the light.
陽極11と陰極17との間の光路長は、たとえば発光層14で生じる光Lの中心波長の整数倍に設定されている。この場合、発光層14で発せられた光Lは、中心波長に近いほど増幅され、中心波長から離れるほど減衰して有機EL素子1の外部に射出される。このようにして、有機EL素子1から射出される光Lは、発光スペクトルの半値幅が狭く、色純度が向上したものとなる。
The optical path length between the
マイクロキャビティ構造は、陰極および陽極を両端とする固定端反射による共振を利用している。そのため、「発光位置から陽極までの光路長が、素子外部に射出される所望の光の波長λの1/4の整数倍」であり、かつ「発光位置から陰極までの光路長が、素子外部に射出される所望の光の波長λの1/4の整数倍」である場合、所望のマイクロキャビティ構造を形成することができる。 The microcavity structure utilizes resonance due to fixed-end reflection with the cathode and anode at both ends. Therefore, "the optical path length from the light emitting position to the anode is an integral multiple of 1/4 of the wavelength λ of the desired light emitted to the outside of the element", and "the optical path length from the light emitting position to the cathode is outside the element". If it is "an integral multiple of 1/4 of the wavelength λ of the desired light emitted into the", the desired microcavity structure can be formed.
このような構成の有機EL素子2においても、第1実施形態で示した有機EL素子1と同様に、正孔輸送層13に含フッ素重合体を含まない場合と比べて屈折率を低屈折率にすることにより、光取出し効率を向上させることができる。
Similar to the
また、正孔輸送層13が、有機半導体材料のみを用いた層と比べて屈折率が低い層であるため、正孔輸送層13の膜厚を調整することで素子内部の光路長を調整しやすい。
Further, since the
すなわち、正孔輸送層13は、作製した膜厚が目標値からずれたとしても、有機半導体材料のみを用い相対的に高屈折率である層において膜厚がずれた場合と比べ、素子内部の光路長に与える影響が小さい。したがって、上述の正孔輸送層13を有する有機EL素子1においては、素子内部の光路長を制御しやすく、上述したマイクロキャビティ構造により射出される光の色純度を向上させやすい。
That is, even if the film thickness of the
また、発光層14と、相対的に発光層14よりも低屈折率である正孔輸送層13とが接しているため、素子内部での反射ロスが低減し、光取出し効率が向上する。
Further, since the
以上のような構成の有機EL素子2によっても、外部量子効率が向上し、消費電力が少なく長寿命化されたものとなる。 The organic EL element 2 having the above configuration also improves the external quantum efficiency, consumes less power, and has a longer life.
正孔輸送層13が含フッ素重合体を含むことで低屈折率となり、さらに相対的に発光層14よりも低屈折率である正孔輸送層13とが接することで、光取出し効率が向上する効果を検証するため、Setfos4.6(サイバーネット社製)を用いてシミュレーションした結果を説明する。有機EL素子2の一例として解析対象とした素子構成は、基板10としてガラス(厚み1mm)、陽極11としてAg(厚み100nm)、正孔注入層12としてHAT-CN(厚み5nm)、発光層14としてIr(ppy)3を発光ゲスト、CBP(厚み20nm)を発光ホスト、電子輸送層15としてAlq3、電子注入層16としてLiF(厚み0.8nm)、陰極17としてAl(厚み10nm)とした。正孔輸送層13については、低屈折率正孔輸送層(波長550nmにおける屈折率が1.56)を正孔輸送層とした構成を実施例4~9、α-NPD層(波長550nmにおける屈折率が1.77)を正孔輸送層とした構成を比較例7~12、α-NPD層(厚み10nm)と低屈折率正孔輸送層の二層構成(α-NPD層が発光層と隣接する構成)を比較例13~18とした。発光層については、発光層中での発光点を発光層の中間(発光点0.5)、正孔輸送層側(発光点0.9)、電子輸送層側(発光点0.1)の3条件を設定し、電子輸送層15の膜厚を50nm~230nmの範囲で30nm間隔、正孔輸送層13の膜厚を10nm~280nmの範囲で30nm間隔で掃引し、正孔輸送層13の薄膜側(1次共振)と厚膜側(2次共振)において光取出し効率が最大となる条件を算出した。解析の結果を、表2に示す。When the
表2において発光点を発光層の中間(発光点0.5)とした実施例4、5、比較例7、8、13、14で比較すると、発光層と低屈折率正孔輸送層が隣接した実施例4、5の光取出し効率が高いことが確認された。また、発光点を発光層の正孔輸送層側(発光点0.9)とした実施例6、7、比較例9、10、15、16で比較しても、発光層と低屈折率正孔輸送層が隣接した実施例6、7の光取出し効率が高いことが確認された。さらに、発光点を電子輸送層側(発光点0.1)とした実施例8、9、比較例11、12、17、18で比較しても、発光層と低屈折率正孔輸送層が隣接した実施例8、9の光取出し効率がわずかに高くなっていることが確認された。 Comparing Examples 4, 5 and Comparative Examples 7, 8, 13, and 14 in which the light emitting point is in the middle of the light emitting layer (light emitting point 0.5) in Table 2, the light emitting layer and the low refractive index hole transport layer are adjacent to each other. It was confirmed that the light extraction efficiency of Examples 4 and 5 was high. Further, even when compared in Examples 6 and 7 and Comparative Examples 9, 10, 15 and 16 in which the light emitting point is on the hole transporting layer side of the light emitting layer (light emitting point 0.9), the light emitting layer and the low refractive index are positive. It was confirmed that the light extraction efficiency of Examples 6 and 7 adjacent to the hole transport layer was high. Further, even when compared in Examples 8 and 9 and Comparative Examples 11, 12, 17 and 18 in which the light emitting point is on the electron transporting layer side (light emitting point 0.1), the light emitting layer and the low refractive index hole transporting layer are still present. It was confirmed that the light extraction efficiency of the adjacent Examples 8 and 9 was slightly higher.
[第3実施形態]
図3は、本発明の第3実施形態に係る有機EL素子3の説明図であり、有機EL素子3が有する正孔輸送層33について詳細に説明する拡大図である。また、有機EL素子3は、第1実施形態の有機EL素子1と同様にボトムエミッション方式であることとする。[Third Embodiment]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the organic EL element 3 according to the third embodiment of the present invention, and is an enlarged view for explaining in detail the
有機EL素子3は、正孔注入層12と発光層14とに挟持された正孔輸送層33を有している。
The organic EL element 3 has a
正孔輸送層33の屈折率は、発光層14から正孔注入層12側(陽極11側)に向かって連続的に変化し、且つ漸増している。図では、正孔輸送層33の着色の濃淡で正孔輸送層33の屈折率を表している。正孔輸送層33の着色が濃い部分は、屈折率が高いことを示し、正孔輸送層33の着色が薄い部分は、屈折率が低いことを示す。
The refractive index of the
ここで、屈折率の変化が「連続的」とは、正孔輸送層33において屈折率が異なる境界を検出できないことを意味する。たとえば、屈折率差が異なる2層の正孔輸送層が積層している場合、2つの層の界面にて屈折率が異なる境界を検出できるため、上述する「連続的」には該当しない。
Here, when the change in the refractive index is "continuous", it means that the boundary where the refractive index is different cannot be detected in the
また、屈折率が「漸増」するとは、屈折率が「だんだんに増すこと」を意味する。屈折率が減少しないならば、正孔輸送層33の厚さ方向において屈折率が変化しない領域を含んでいてもよい。
Further, when the refractive index is "gradually increased", it means that the refractive index is "gradually increased". If the refractive index does not decrease, a region in which the refractive index does not change in the thickness direction of the
正孔輸送層33は、発光層14側の表面33aの近傍である領域33xの屈折率が低く、正孔注入層12側の表面33aの近傍である領域33zの屈折率が高い。正孔輸送層33の厚さ方向中央付近である領域33yは、たとえば、領域33xと領域33zの中間程度の屈折率である。
The
正孔注入層12と正孔輸送層33の界面における屈折率差は小さい程好ましい。これらの屈折率差が小さい程、反射による損失(膜内伝搬)を低減できる。
It is preferable that the difference in refractive index at the interface between the
正孔輸送層33の屈折率分布において、最も低い屈折率は、波長域450nm~800nmにおける屈折率が1.60以下であることが好ましく、1.55以下であることがより好ましい。正孔輸送層33の屈折率が1.60以下であることにより、有機EL素子3の光取り出し効率が向上する。一方、正孔輸送層33中で最も低い屈折率は、導電性を確保する観点で、1.3以上であることが好ましく、1.4以上であることがより好ましい。
In the refractive index distribution of the
また、正孔輸送層33中で最も低い屈折率となる位置は光学計算により、光取出し効率が最も高くなる位置や、色純度が最も高くなる位置、もしくはその両者のバランスを鑑みた最適な位置に調整することが好ましい。
Further, the position where the refractive index is the lowest in the
上記構成の正孔輸送層33を有する有機EL素子3では、第1実施形態の有機EL素子1が有する効果に加え、正孔注入層12と正孔輸送層33との界面での光の反射、および正孔輸送層33の内部での反射を抑制できる。
In the organic EL element 3 having the
屈折率の異なる2層の界面に光が入射するとき、光は一部が屈折し、残部が反射する。また、屈折率が大きい層から屈折率が小さい層に向けて光が入射するとき、2つの層の界面では、入射角に応じて全反射する場合がある。 When light is incident on the interface between two layers with different refractive indexes, part of the light is refracted and the rest is reflected. Further, when light is incident from a layer having a large refractive index toward a layer having a small refractive index, total reflection may occur at the interface between the two layers depending on the angle of incidence.
発光層14で生じた光が、正孔注入層12と正孔輸送層33との界面で反射すると、反射光は有機EL素子の内部において減衰する確率が高まる。その結果、光取出し効率が低下してしまう。
When the light generated in the
このような界面での反射は、互いに接する2層の屈折率差が大きいほど生じやすい。したがって、界面反射を抑制するためには、層間の屈折率差を低減させることが好ましい。 Reflection at such an interface is more likely to occur as the difference in refractive index between the two layers in contact with each other is larger. Therefore, in order to suppress interfacial reflection, it is preferable to reduce the difference in refractive index between layers.
この点において、本実施形態の有機EL素子3では、正孔注入層12と正孔輸送層33との界面における屈折率差は小さくなるように設計されており、界面における反射が抑制されている。
In this respect, the organic EL element 3 of the present embodiment is designed so that the difference in refractive index at the interface between the
また、正孔注入層12と正孔輸送層33との界面の屈折率差を小さくするにあたり、正孔輸送層33の内部は屈折率が連続的に変化し、屈折率変化が不連続となる界面を生じさせない構成となっており、正孔輸送層33内部における反射が抑制されている。
Further, in order to reduce the difference in the refractive index at the interface between the
そのため、発光層14から射出される光の内部反射を抑制し、光取出し効率を向上させることができる。
Therefore, it is possible to suppress the internal reflection of the light emitted from the
図4A~図4Cは、上述した有機EL素子3の正孔輸送層33を製造する工程を示す模式図である。
4A to 4C are schematic views showing a process of manufacturing the
図4Aは、正孔輸送層33の領域33zを形成する様子を示す。
まず、図4Aに示すように、陽極11および正孔注入層12が形成された基板10を用意する。このような基板10を真空蒸着装置のチャンバー100内に設置し、有機半導体材料の蒸着源101と含フッ素重合体の蒸着源102とから、有機半導体材料101a、含フッ素重合体102aを供給して共蒸着する。図では、有機半導体材料101a、含フッ素重合体102aとして図示する図形の量で、有機半導体材料101a、含フッ素重合体102aのそれぞれの蒸着量を示している。含フッ素重合体102aの蒸着割合を少なくすることで、得られる膜331の屈折率が高くなる。FIG. 4A shows how the
First, as shown in FIG. 4A, the
図4Bは、正孔輸送層33の領域33yを形成する様子を示す。
図4Bに示すように、蒸着源101,102の加熱温度または蒸着源101,102の蓋の開度の少なくともいずれか一方を調整し、半導体材料と含フッ素重合体との蒸着比率を変更して両材料を共蒸着する。具体的には、領域33zを形成する工程と比べ、含フッ素重合体の蒸着レートを増加させ有機半導体材料の蒸着レートを減少させる。これにより、図4Aよりも含フッ素重合体の含有率が増加し、得られる膜332の屈折率が徐々に低くなる。FIG. 4B shows how the
As shown in FIG. 4B, at least one of the heating temperature of the
図4Cは、正孔輸送層33の領域33xを形成する様子を示す。
図4Cに示すように、たとえば、領域33yを形成する工程と比べ、含フッ素重合体の蒸着レートを低下させ有機半導体材料の蒸着レートを増加させる。これにより、図4Bよりも含フッ素重合体の含有率が増加し、表面付近で屈折率がさらに低くなった正孔輸送層33が得られる。FIG. 4C shows how the
As shown in FIG. 4C, as compared with the step of forming the
正孔輸送層33を形成するにあたっては、得られる正孔輸送層33の屈折率変化が連続的なものとなるように、上述した図4A~図4Cに示す蒸着レートの変更制御を連続的に行う。
In forming the
図5A,図5Bは、上述の方法で得られる正孔輸送層33の屈折率変化を説明する説明図である。図5A,図5Bにおいて、横軸は、正孔輸送層33の厚さ方向の位置を示す。横軸に示す33a、33bは、上述した正孔輸送層33の表面33a、表面33bを表す。縦軸は、正孔輸送層の厚さ方向の位置における屈折率を示す。
5A and 5B are explanatory views illustrating the change in the refractive index of the
図5A、図5Bは、いずれも正孔輸送層33の表面33a(発光層14側)から表面33b(陽極11側)に向けて連続的に屈折率が変化し、且つ屈折率が漸増している。
In both FIGS. 5A and 5B, the refractive index changes continuously from the
図5Aに示すように、正孔輸送層33の屈折率は、正孔輸送層33の表面33aから表面33bに向けて線形で変化することとしてもよい。以下の説明では、図4Aに示すような屈折率変化をする正孔輸送層33を、正孔輸送層33αとする。
As shown in FIG. 5A, the refractive index of the
この場合、有機半導体材料の蒸着レートを一定割合で増加させ、含フッ素重合体の蒸着レートを同じ割合で減少させることにより正孔輸送層33αを製造することができ、製造工程の制御が容易となる。 In this case, the hole transport layer 33α can be manufactured by increasing the vapor deposition rate of the organic semiconductor material at a constant rate and decreasing the vapor deposition rate of the fluorine-containing polymer at the same rate, and the manufacturing process can be easily controlled. Become.
また、図5Bに示すように、正孔輸送層33の屈折率は、正孔輸送層33の表面33aに近いほどなだらか増加し、その後急峻に増加しながら表面33bに向けて変化することとしてもよい。以下の説明では、図5Bに示すような屈折率変化をする正孔輸送層33を、正孔輸送層33βとする。
Further, as shown in FIG. 5B, the refractive index of the
この場合、正孔輸送層33βの厚さが、図5Aに示した正孔輸送層33αと同じであるとすると、正孔輸送層33βに含まれる含フッ素重合体の量が正孔輸送層33αよりも多くなる。そのため、正孔輸送層33β全体の平均屈折率は、正孔輸送層33α全体の平均屈折率よりも小さくなり、正孔輸送層33αよりも光取出し効率が向上する。 In this case, assuming that the thickness of the hole transport layer 33β is the same as that of the hole transport layer 33α shown in FIG. 5A, the amount of the fluorine-containing polymer contained in the hole transport layer 33β is the hole transport layer 33α. Will be more than. Therefore, the average refractive index of the entire hole transport layer 33β is smaller than the average refractive index of the entire hole transport layer 33α, and the light extraction efficiency is improved as compared with the hole transport layer 33α.
また、正孔輸送層33の屈折率は、正孔輸送層33の表面33aに近いほどなだらかに減少し、その後なだらかに減少しながら表面33bに向けて変化することとしてもよい。
Further, the refractive index of the
このように、本実施形態においては、共蒸着時の蒸着レートを制御することにより、屈折率が連続的に変化した正孔輸送層33を容易に形成することができる。
As described above, in the present embodiment, the
このような有機EL素子においても、第1実施形態、第2実施形態で説明した効果に加え、正孔輸送層が単層であるため正孔輸送層の内部での反射ロスが生じず、光取出し効率が向上する。 Even in such an organic EL device, in addition to the effects described in the first embodiment and the second embodiment, since the hole transport layer is a single layer, no reflection loss occurs inside the hole transport layer, and light is emitted. Extraction efficiency is improved.
以上のような構成の有機EL素子3によっても、外部量子効率が向上し、消費電力が少なく長寿命化されたものとなる。 The organic EL element 3 having the above configuration also improves the external quantum efficiency, consumes less power, and has a longer life.
なお、本実施形態においては、有機EL素子3がボトムエミッション方式の構成であることとして説明したが、トップエミッション方式に適用することも可能である。 In the present embodiment, the organic EL element 3 has been described as having a bottom emission system, but it can also be applied to a top emission system.
上述した本実施形態の有機光電子素子は、有機ELデバイス、太陽電池、有機フォトダイオード、有機レーザー等の有機光電子デバイスに利用できる。 The organic optoelectronic device of the present embodiment described above can be used for an organic optoelectronic device such as an organic EL device, a solar cell, an organic photodiode, and an organic laser.
特に本実施形態の有機光電子素子は、有機EL素子として好適に用いられる。このような有機EL素子は有機ELディスプレイ、有機EL照明等の有機ELデバイスに利用できる。これらの有機ELデバイスは、トップエミッション型であってもよく、ボトムエミッション型であってもよい。 In particular, the organic photoelectron device of this embodiment is suitably used as an organic EL device. Such an organic EL element can be used for an organic EL device such as an organic EL display and an organic EL lighting. These organic EL devices may be a top emission type or a bottom emission type.
「電荷輸送層の屈折率の測定」
多入射角分光エリプソメトリー(ジェー・エー・ウーラム社製:M-2000U)を用いて、シリコン基板上の膜に対して、光の入射角を45~75度の範囲で5度ずつ変えて測定を行った。それぞれの角度において、波長450nm~800nmの範囲で約1.6nmおきにエリプソメトリーパラメータであるΨと△を測定した。上記の測定データを用い、有機半導体の誘電関数をCauchyモデルによりフィッティング解析を行い、電荷輸送層の膜厚と、各波長の光に対する電荷輸送層の屈折率を得た。"Measurement of refractive index of charge transport layer"
Using multi-incident angle spectroscopic ellipsometry (manufactured by JA Woolam: M-2000U), the incident angle of light is changed by 5 degrees in the range of 45 to 75 degrees with respect to the film on the silicon substrate. Was done. At each angle, ellipsometry parameters Ψ and Δ were measured at intervals of approximately 1.6 nm in the wavelength range of 450 nm to 800 nm. Using the above measurement data, the dielectric function of the organic semiconductor was subjected to fitting analysis by the Cauchy model, and the film thickness of the charge transport layer and the refractive index of the charge transport layer with respect to light of each wavelength were obtained.
以下の含フッ素重合体の製造に使用した単量体、溶剤および重合開始剤の略号は、以下の通りである。
BVE:ペルフルオロ(3-ブテニルビニルエーテル)
TFE:テトラフルオロエチレン
PPVE:ペルフルオロ(n-プロピルビニルエーテル)(CF2=CFOCF2CF2CF3)
1H-PFH:1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-トリデカフルオロヘキサン
IPP:ジイソプロピルペルオキシジカーボネート
AIBN:アゾビスイソブチロニトリルThe abbreviations of the monomers, solvents and polymerization initiators used in the production of the following fluorine-containing polymers are as follows.
BVE: Perfluoro (3-butenyl vinyl ether)
TFE: Tetrafluoroethylene PPVE: Perfluoro (n-propyl vinyl ether) (CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF 3 )
1H-PFH: 1,1,1,2,2,3,3,4,5,5,6,6-tridecafluorohexane IPP: diisopropyl peroxydicarbonate AIBN: azobisisobutyronitrile
<重合体Aの合成>
BVEの30g、1H-PFHの30g、メタノールの0.5gおよびIPPの0.44gを、内容積50mlのガラス製反応器に入れた。系内を高純度窒素ガスにて置換した後、40℃で24時間重合を行った。得られた溶液を、666Pa(絶対圧)、50℃の条件で脱溶媒を行い、重合体の28gを得た。得られた重合体の固有粘度[η]は、0.04dl/gであった。
次いで、得られた重合体を特開平11-152310号公報の段落[0040]に記載の方法により、フッ素ガスにより不安定末端基を-CF3基に置換し、重合体Aを得た。
得られた重合体Aの波長600nmの光に対する屈折率は1.34、固有粘度[η]は、0.04dl/gであった。重合体AのMwは9,000、Mnは6,000、Mw/Mnは1.5、300℃における飽和蒸気圧は0.002Pa、300℃における蒸発速度は0.08g/m2secであった。<Synthesis of polymer A>
30 g of BVE, 30 g of 1H-PFH, 0.5 g of methanol and 0.44 g of IPP were placed in a glass reactor having an internal volume of 50 ml. After substituting the inside of the system with high-purity nitrogen gas, polymerization was carried out at 40 ° C. for 24 hours. The obtained solution was desolvated under the conditions of 666 Pa (absolute pressure) and 50 ° C. to obtain 28 g of the polymer. The intrinsic viscosity [η] of the obtained polymer was 0.04 dl / g.
Next, the obtained polymer was replaced with 3 -CF groups of unstable terminal groups with fluorine gas by the method described in paragraph [0040] of JP-A-11-152310 to obtain a polymer A.
The refractive index of the obtained polymer A with respect to light having a wavelength of 600 nm was 1.34, and the intrinsic viscosity [η] was 0.04 dl / g. The Mw of the polymer A is 9,000, Mn is 6,000, Mw / Mn is 1.5, the saturated vapor pressure at 300 ° C. is 0.002 Pa, and the evaporation rate at 300 ° C. is 0.08 g / m 2 sec. rice field.
<重合体Bの合成>
内容積1006mLのステンレス製オートクレーブに、PPVEの152.89g、AC2000の805.0g、メタノールの2.400g、およびAIBNの1.149gを仕込み、液体窒素で凍結脱気をした。70℃に昇温した後、TFEを0.57MPaGになるまで導入した。温度と圧力を一定に保持しながら、TFEを連続的に供給して重合させた。重合開始から9時間後にオートクレーブを冷却して重合反応を停止し、系内のガスをパージして含フッ素重合体の溶液を得た。
含フッ素重合体の溶液にメタノールの813gを加えて混合し、含フッ素重合体が分散している下層を回収した。得られた含フッ素重合体の分散液を80℃で16時間温風乾燥し、次に100℃で16時間真空乾燥して、含フッ素重合体の18.92gを得た。
含フッ素重合体の組成は、PPVE:TFE=14:86モル%であった。
次いで、得られた含フッ素重合体を330℃のオーブンで5時間加熱した後、メタノールに浸漬し、75℃のオーブンで20時間加熱し、不安定末端基をメチルエステル基に置換し、含フッ素重合体Bを得た。前記方法で含フッ素重合体BのMwおよびMnを測定できないので、代わりに重合体Bの弾性率と温度の関係を図8に示す。
得られた重合体Bの波長600nmの光に対する屈折率は1.34、300℃における蒸発速度は0.04g/m2secであった。<Synthesis of polymer B>
A stainless steel autoclave having an internal volume of 1006 mL was charged with 152.89 g of PPVE, 805.0 g of AC2000, 2.400 g of methanol, and 1.149 g of AIBN, and was frozen and degassed with liquid nitrogen. After raising the temperature to 70 ° C., TFE was introduced until it reached 0.57 MPaG. TFE was continuously supplied and polymerized while keeping the temperature and pressure constant. After 9 hours from the start of the polymerization, the autoclave was cooled to stop the polymerization reaction, and the gas in the system was purged to obtain a solution of the fluorine-containing polymer.
813 g of methanol was added to the solution of the fluorinated polymer and mixed, and the lower layer in which the fluorinated polymer was dispersed was recovered. The obtained dispersion of the fluorinated polymer was dried with warm air at 80 ° C. for 16 hours and then vacuum dried at 100 ° C. for 16 hours to obtain 18.92 g of the fluorinated polymer.
The composition of the fluorine-containing polymer was PPVE: TFE = 14: 86 mol%.
Next, the obtained fluorine-containing polymer was heated in an oven at 330 ° C. for 5 hours, then immersed in methanol and heated in an oven at 75 ° C. for 20 hours to replace unstable terminal groups with methyl ester groups to contain fluorine. Polymer B was obtained. Since Mw and Mn of the fluorine-containing polymer B cannot be measured by the above method, the relationship between the elastic modulus of the polymer B and the temperature is shown in FIG. 8 instead.
The refractive index of the obtained polymer B with respect to light having a wavelength of 600 nm was 1.34, and the evaporation rate at 300 ° C. was 0.04 g / m 2 sec.
<有機EL素子Aの作製>
有機EL素子Aを作製するための基板として、2mm幅の帯状にITO(酸化インジウムスズ)が成膜されたガラス基板を用いた。その基板を中性洗剤、アセトン、イソプロパノールを用いて超音波洗浄し、さらにイソプロパノール中で煮沸洗浄した上で、オゾン処理によりITO膜表面の付着物を除去した。この基板を真空蒸着機内に置き、圧力10-4Pa以下に真空引きした上で、正孔注入層12としてHAT-CNを10nm、正孔輸送層13としてTris-PCzを30nm、発光層14として3,3'-ジ(9H-カルバゾール-9-イル)-1,1'-ビフェニル(mCBP)とIr(ppy)3の共蒸着膜を30nm、電子輸送層15としてTPBiを50nm、電子注入層16としてLiFを0.8nm、陰極17としてAlを100nm、となるようにそれぞれ積層し、有機EL素子Aを得た。発光層14の共蒸着膜は、Ir(ppy)3の濃度が6wt.%になるように、mCBPとIr(ppy)3の蒸着速度を制御して成膜した。<Manufacturing of organic EL element A>
As a substrate for manufacturing the organic EL element A, a glass substrate on which ITO (indium tin oxide) was formed into a strip having a width of 2 mm was used. The substrate was ultrasonically cleaned with a neutral detergent, acetone, and isopropanol, and then boiled and washed in isopropanol, and then the deposits on the surface of the ITO film were removed by ozone treatment. This substrate was placed in a vacuum vapor deposition machine and evacuated to a pressure of 10 -4 Pa or less, and then HAT-CN was set to 10 nm as the
<有機EL素子Bの作製>
正孔輸送層13としてTris-PCzと重合体Aの共蒸着膜を体積比50:50で50nm成膜した以外は、有機EL素子Aと同様にして作製した。<Manufacturing of organic EL element B>
It was produced in the same manner as the organic EL element A except that a co-deposited film of Tris-PCz and the polymer A was formed as the
<有機EL素子Cの作製>
正孔輸送層13としてTris-PCzと重合体Bの共蒸着膜を体積比50:50で50nm成膜した以外は、有機EL素子Aと同様にして作製した。<Manufacturing of organic EL element C>
It was produced in the same manner as the organic EL element A except that a co-deposited film of Tris-PCz and the polymer B was formed as the
[実施例10]
約2cm角程度にカットしたシリコン基板を、それぞれ中性洗剤、アセトン、イソプロパノールを用いて超音波洗浄し、さらにイソプロパノール中で煮沸洗浄した上で、オゾン処理により基板表面の付着物を除去した。この基板をそれぞれ真空蒸着機内に置き、圧力10-4Pa以下に真空引きした上で、重合体AとTris-PCzとを、体積比率が50:50になるように、真空蒸着機内で抵抗加熱し、共蒸着を行うことで厚み約100nmの正孔輸送層を基板上に作製した。得られた正孔輸送層の波長600nmの光に対する屈折率は1.55であった。[Example 10]
The silicon substrate cut to about 2 cm square was ultrasonically cleaned with a neutral detergent, acetone, and isopropanol, respectively, and then boiled and washed in isopropanol, and then the deposits on the surface of the substrate were removed by ozone treatment. Each of these substrates is placed in a vacuum vapor deposition machine, evacuated to a pressure of 10 -4 Pa or less, and then the polymer A and Tris-PCz are subjected to resistance heating in the vacuum vapor deposition machine so that the volume ratio is 50:50. Then, a hole transport layer having a thickness of about 100 nm was produced on the substrate by co-depositing. The refractive index of the obtained hole transport layer with respect to light having a wavelength of 600 nm was 1.55.
[実施例11]
重合体Aの代わりに重合体Bを用いた以外は実施例10と同様にして正孔輸送層を成膜した。得られた正孔輸送層の波長600nmの光に対する屈折率は1.55であった。[Example 11]
A hole transport layer was formed in the same manner as in Example 10 except that the polymer B was used instead of the polymer A. The refractive index of the obtained hole transport layer with respect to light having a wavelength of 600 nm was 1.55.
[比較例19]
正孔輸送層としてTris-PCzのみを約100nm成膜した以外は、実施例10と同様にして正孔輸送層を成膜した。得られた正孔輸送層の波長600nmの光に対する屈折率は1.84であった。[Comparative Example 19]
The hole transport layer was formed in the same manner as in Example 10 except that only Tris-PCz was formed as the hole transport layer at about 100 nm. The refractive index of the obtained hole transport layer with respect to light having a wavelength of 600 nm was 1.84.
実施例10、実施例11および比較例19より、Tris-PCzと含フッ素重合体とを、体積比率が50:50になるように共蒸着することで、屈折率が1.84から1.55まで低下することが確認された。 From Example 10, Example 11 and Comparative Example 19, Tris-PCz and the fluorine-containing polymer are co-deposited so that the volume ratio is 50:50, so that the refractive index is 1.84 to 1.55. It was confirmed that it decreased to.
[実施例12]
有機EL素子Bに電圧を印可し、一定電流0.2mA/cm2での電流効率および電力効率を測定したところ、電流効率は72cd/A、電力効率は51lm/Wであった。[Example 12]
When a voltage was applied to the organic EL element B and the current efficiency and power efficiency were measured at a constant current of 0.2 mA / cm 2 , the current efficiency was 72 cd / A and the power efficiency was 51 lm / W.
[実施例13]
有機EL素子Cに電圧を印可し、一定電流0.2mA/cm2での電流効率および電力効率を測定したところ、電流効率は73cd/A、電力効率は53lm/Wであった。[Example 13]
When a voltage was applied to the organic EL element C and the current efficiency and power efficiency were measured at a constant current of 0.2 mA / cm 2 , the current efficiency was 73 cd / A and the power efficiency was 53 lm / W.
[比較例20]
有機EL素子Aに電圧を印可し、一定電流0.2mA/cm2での電流効率および電力効率を測定したところ、電流効率は64cd/A、電力効率は43lm/Wであった。[Comparative Example 20]
When a voltage was applied to the organic EL element A and the current efficiency and power efficiency were measured at a constant current of 0.2 mA / cm 2 , the current efficiency was 64 cd / A and the power efficiency was 43 lm / W.
実施例10~13、比較例19~20の結果より、含フッ素重合体を含む正孔輸送層13を用いた素子の電流効率および電力効率が、含フッ素重合体を含まない正孔輸送層を用いた素子と比べて高い電流効率および電力効率となることが示された。この効率向上は、屈折率の低い正孔輸送層13が発光層14に隣接することで、光取出し効率が向上したことに起因する効果だと考えられる。
From the results of Examples 10 to 13 and Comparative Examples 19 to 20, the hole transport layer in which the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
なお、2018年8月24日に出願された日本特許出願2017-161642号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-mentioned example are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like within a range not deviating from the gist of the present invention.
The entire contents of the specification, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2017-161642 filed on August 24, 2018 are cited here as the disclosure of the specification of the present invention. It is something to incorporate.
10,20…基板、11,21…陽極、12…正孔注入層、13…正孔輸送層、14…発光層、15…電子輸送層、16…電子注入層、17,27…陰極、101a…有機半導体材料、102a…含フッ素重合体、L…光 10, 20 ... Substrate, 11,21 ... Anode, 12 ... Hole injection layer, 13 ... Hole transport layer, 14 ... Light emitting layer, 15 ... Electron transport layer, 16 ... Electron injection layer, 17, 27 ... Cathode, 101a ... Organic semiconductor material, 102a ... Fluorine-containing polymer, L ... Light
Claims (12)
前記基板に設けられた陽極と、
前記陽極に対向する陰極と、
前記陽極および前記陰極の間に配置された発光層と、
前記発光層と前記陽極との間において前記発光層に接して設けられた正孔輸送層と、を備え、
前記正孔輸送層は、有機半導体材料と含フッ素重合体とを含み、
前記発光層と接する前記正孔輸送層の面には、前記含フッ素重合体が存在し、
前記含フッ素重合体の1×10-3Paの真空度において300℃における蒸発速度が、0.01g/m2sec以上であり、
前記含フッ素重合体のガラス転移点が、60℃以上であり、
前記含フッ素重合体が、主鎖に脂肪族環を有さず、フルオロオレフィンに由来する単位を有する含フッ素重合体、または、主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体であり、
前記主鎖に脂肪族環を有さず、フルオロオレフィンに由来する単位を有する含フッ素重合体が、テトラフルオロエチレン-ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニルフルオリド、ポリクロロトリフルオロエチレン、および、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種である、有機光電子素子。 With the board
With the anode provided on the substrate,
The cathode facing the anode and
A light emitting layer arranged between the anode and the cathode,
A hole transport layer provided in contact with the light emitting layer between the light emitting layer and the anode is provided.
The hole transport layer contains an organic semiconductor material and a fluorine-containing polymer, and contains.
The fluorine-containing polymer is present on the surface of the hole transport layer in contact with the light emitting layer.
The evaporation rate at 300 ° C. of the fluorine-containing polymer at a vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa is 0.01 g / m 2 sec or more.
The glass transition point of the fluorine-containing polymer is 60 ° C. or higher, and the temperature is 60 ° C. or higher.
The fluorine-containing polymer is a fluorine-containing polymer having no aliphatic ring in the main chain and having a unit derived from a fluoroolefin, or a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the main chain.
The fluoropolymer having no aliphatic ring in the main chain and having a unit derived from fluoroolefin is a tetrafluoroethylene-perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer, a tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, and the like. Group consisting of tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) / hexafluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylfluoride, polychlorotrifluoroethylene, and ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer. An organic photoelectron element , which is at least one selected from the above .
前記機能層は、電子輸送層および電子注入層の少なくとも一方を有し、半導体材料と含フッ素重合体とを含む請求項1~3のいずれか一項に記載の有機光電子素子。 Further having a functional layer arranged between the cathode and the light emitting layer,
The organic photoelectronic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the functional layer has at least one of an electron transport layer and an electron injection layer, and includes a semiconductor material and a fluorine-containing polymer.
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